基于响应面的空心活塞杆轻量化设计*

李卫民 潘士超

(辽宁工业大学机械工程与自动化学院，辽宁 锦州 121001)

未来汽车发展的主要方向是新能源汽车，续航能力则是其发展的关键问题。轻量化设计是实现新能源汽车综合性能提升的重要途径之一，是轻量化汽车产品开发的前提和基础。

汽车的轻量化可以提高汽车的转向响应、操控稳定性及安全性，在节省材料的同时也能有效降低制造成本。当汽车车身重量减轻时，汽车将具有更高的加速度；同时汽车自身惯性也会减小，进而缩短刹车距离。新能源汽车的轻量化能够切实提升电动汽车的续航能力。为了从根本上提升电动汽车运行过程中的质量与效率，应当给予电动汽车结构轻量化的相关研究以足够的重视。

1 活塞杆静、动态特性分析

1.1 活塞杆数学模型的建立

减振器活塞杆材料选用45#钢，密度为7 890 kg/m3，杨氏模量2.09×105MPa，泊松比为0.269，屈服强度为355 MPa。利用ANSYS Workbench与SolidWorks的协同接口，在SolidWorks中进行变量化建模，其数学模型如图1所示。

1.2 外加载荷及边界条件的确定

在对减振器活塞杆进行静力学校核过程中，应取其最大受力工况进行分析。根据减振器的工作原理和结构特点，分析减振器的阻尼特性，确定了活塞杆轴向受力为1 470 N。对减振器活塞杆的非活塞端施加固定约束，另一端施加轴向载荷。

1.3 活塞杆静态特性分析

静力学求解后减振器活塞杆的位移云图以及等效应力云图，如图2～4所示。

由图2、图3、图4可知，活塞杆最大位移量约为0.016 mm，最大等效应力数值为41.33 MPa，其数值远小于45#钢的屈服强度，应力较大值主要出现直径突变位置，此处为应力集中。……