利用大型通用有限元分析軟件ANSYS對某型號電機定子車夾具進行了優(yōu)化設(shè)計，確定了最優(yōu)的工裝尺寸，大幅提高了產(chǎn)品的性能。

　　1 前言

　　優(yōu)化設(shè)計是一種尋找確定最優(yōu)設(shè)計方案的技術(shù)。所謂“最優(yōu)設(shè)計”，指的是一種方案可以滿足所有的設(shè)計要求，而且所需的支出(如重量，面積，體積，應(yīng)力，費用等)最小。也就是說，最優(yōu)設(shè)計方案就是一個最有效率的方案。

　　設(shè)計方案的任何方面都是可以優(yōu)化的，比如說：尺寸(如厚度)，形狀(如過渡圓角的大小)，支撐位置，制造費用，自然頻率，材料特性等。

　　Yj82定子車夾具的優(yōu)化設(shè)計主要是尺寸形狀方面進行優(yōu)化，通過變化如圖1所示吊架的兩個圓角和板的寬度，在滿足應(yīng)力在規(guī)定范圍內(nèi)和材料質(zhì)量基本不變的情況下，其垂向位移最小，即工裝的整體剛度性能提高。

圖1 夾具三維模型圖

　　2 計算

　　2.1 初始計算

　　根據(jù)初始設(shè)計模型建立有限元模型如圖2所示，其初始尺寸為板寬B1和B2相等都為100，內(nèi)圓角R1為60，外圓角R2為120。約束吊環(huán)部位進行計算，則初始設(shè)計最大等效應(yīng)力如圖3所示為：116MPa，部位在吊架內(nèi)側(cè)圓角處，最大垂向位移如圖4為4.54mm。其需要優(yōu)化部分(吊架)的重量為0.028噸。

圖2 夾具有限元模型圖

　　2.2 優(yōu)化設(shè)計

　　板寬B1和B2的設(shè)計范圍為60～100mm，過渡圓角的設(shè)計范圍為40～350mm，最大等效應(yīng)力小于屈服極限235MPa，優(yōu)化部分的最大重量不超過0.028噸。

　　利用一階方法進行優(yōu)化，最大迭代次數(shù)為45次。

　　2.3 優(yōu)化結(jié)果分析

　　經(jīng)過優(yōu)化計算，最終有十組結(jié)果方案如表1所示，供設(shè)計選擇，表中SIG為最大等效應(yīng)力，DU為最大垂向位移，WT為優(yōu)化部分(吊架)的質(zhì)量。并推薦最優(yōu)方案為第8組，其最終優(yōu)化結(jié)果如圖5、6所示，最大等效應(yīng)力為114MPa，最大垂向位移為2.5mm。其優(yōu)化過程中垂向位移的變化如圖7所示。

表1 優(yōu)化結(jié)果方案列表



圖5最終優(yōu)化結(jié)果等效應(yīng)力云圖

圖6最終優(yōu)化結(jié)果垂向位移云圖

圖7優(yōu)化過程中垂向位移變化曲線圖 圖8優(yōu)化過程中板寬的變化圖

　　同時，根據(jù)圖8優(yōu)化過程中板寬的變化曲線我們可以看出，在設(shè)計時吊掛橫板寬度小于立板的寬度有利于在滿足性能的情況下減重，結(jié)合圖7和圖9我們可以看出在優(yōu)化過程中增加下邊圓角有利于提高整體工裝的剛度性能，從圖10中我們還可以看出在優(yōu)化過程中最大等效應(yīng)力遠低于其屈服極限。

圖9優(yōu)化過程中過渡圓角變化曲線圖 圖10優(yōu)化過程中最大等效應(yīng)力的變化圖

　　3 結(jié)論

　　通過優(yōu)化分析，確定了最終設(shè)計方案，其垂向位移由原來的5.54mm降為2.5mm，在整體重量基本保持不變的情況下其剛度性能提高了一倍。

　　通過優(yōu)化分析計算直觀的了解了各形狀尺寸的變化對設(shè)計性能的影響，為工裝設(shè)計提供理論知道。