基于权重优化的液压机械无级变速器箱体的轻量化设计

为了优化自主研发的六轴式三行星排液压机械无级变速器(HMCVT)箱体的结构性能，提高材料的利用率，减轻箱体质量，对HMCVT箱体进行拓扑优化设计。考虑HMCVT箱体所受载荷的复杂性，基于虚拟样机技术，建立变速器虚拟样机模型，结合拖拉机地面振动测试，获取单行星排工作、双行星排工作和三行星排工作3种不同载荷传递工况下变速器轴承孔动载荷；以应力、体积比为约束，基于折衷规划法建立包含3种载荷传递工况下刚度和箱体前三阶固有频率的综合目标函数；考虑子目标权重的影响，基于代理模型和遗传算法获取最佳权重并与层次分析法进行对比分析；最后，利用Hypermesh对HMCVT箱体进行拓扑优化求解。优化结果表明，优化后的箱体最大应力减小了13.6%，最大变形减小了0.5%，箱体的刚度和强度基本不变或略有提升，质量减轻10.9%，实现了变速器箱体轻量化目标。