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自动喷油机摇臂结构优化

发布日期：　2019-12-23 来源：　标签：浏览次数：759

为了不改变自动喷油机性能，减少再开发成本，采取优化摇臂结构的方案。考虑增加断裂位置 1 处叉形结构的厚度

为了不改变自动喷油机性能，减少再开发成本，采取优化摇臂结构的方案。考虑增加断裂位置 1 处叉形结构的厚度，选取位置 2 处两臂间距分布、位置 3 处叉形部位总宽度、摇臂上方外形直径、叉形位置下方外形直径和摇臂叉形位置倾斜角作为设计变量，并在变量的取值范围中，优化中兼顾到摇臂与其他零件干涉问题。

2.1 优化流程

具体的结构优化采用 iSight 与 Abaqus 混合方式进行，其中，用 iSight 为优化引擎，用 Abaqus为分析计算工具，两种工具的接口文件使用Python 语言编写的脚本文件。混合该两种工具后，结构优化的流程，具体的优化流程为：

（1）在 iSight 中对粒子群算法进行初始化后，生成设计变量的初始值，并将脚本文件中对应的设计变量值修改为此初始值；

（2）在 Abaqus 中，根据修改后的脚本文件重新生成有限元模型，进行摇臂强度分析；

（3）iSight 读取 Abaqus 计算得到分析结果，并进行评估，如果满足停止条件则优化结束，否则重复以上步骤，直至满足停止条件。

2.2 优化策略优化过程中，以摇臂体的最大应力值最小为目标函数，选取的设计变量为摇臂两臂间距离

D1、摇臂叉形部位总宽度 D2、摇臂上方外形直径 D3、叉形位置下方外形直径 D4，摇臂叉形位

置倾斜角 D5，其具体的几何分布，约束条件体现机构上的不干涉条件。

3 方案对比

3.1 强度对比

将自动喷油机摇臂新结构进行拓扑优化后，进行网格划分，在 Abaqus 中进行强度分析，得到所示的摇臂新结构应力分布云图，中显示优化前后两种结构应力分布的对比。可以看出，摇臂新结构的最大应力为 308 MPa，发生在摇臂尾端位置1 处；摇臂原结构的最大应力为 794 MPa，发生在位置 2 处。新结构的摇臂应力降低了 61.49%，低于许用应力值 600 MPa。

3.2 刚度对比

设计变量 D1、D2Fig.7 Design variable D1、D2D2 D1

设计变量 D3、D4、D5Fig.8 Design variable D3、D4、D5D3D5D4

摇臂结构对比图Fig.9 Comparison of rocker arm structure

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1. 新结构应力最大位置 2. 原结构应力最大位置

摇臂新结构应力云图

Fig.10 Stresses distribution of new structure

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ChaoXing

104 农业装备与车辆工程 2019 年

在仿真模型中可求得摇臂加载的载荷和两