Page 96 - 《橡塑技术与装备》2021年21期（11月下半月橡胶）

橡塑技术与装备（橡胶） CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT (RUBBER)

对尾座箱体进行优化设计，首先要明确设计尾座
箱体时，对它的具体尺寸要求。由于尾座主轴需要与
另一边的轴进行配合，这个配合在实际生产中是比较
重要的，所以尾座箱体中对于轴位置发生变化的形变
就应该严格控制，则右端孔的形变量应该是一个需要
严格限制的变量。
明确优化设计的约束后，还要考虑需要进行优化
的控制变量。要找出控制变量，则要明确优化设计的
目的。对尾座箱体的优化目的是，在不影响实际生产
中的重要尺寸的前提下，对尾座箱体进行轻量化设计，
尽量节约材料，降低生产成本和运输成本，提高经济
图 3 Ⅰ 筋板布置后三维图
效益。
要对箱体进行轻量化设计，则考虑的变量大致有
两种，一种是增大箱体表面的开孔面积，一种是减小
箱体的壁厚。由于增大箱体表面开孔面积，或改变箱
体表面开孔形状这种方法，对箱体受载情况影响较大，
且很难与约束条件，箱体关键尺寸形变量形成线性关
系，所以我用第二种方法，直接减小箱体的壁厚。
直接减小箱体的壁厚，对箱体的受载情况影响较
大。当壁厚减小时，右端孔形变直接增大，极易超过
对孔形变量的要求。所以在对箱体进行优化设计时，
采用先减小右端孔形变量，增大箱体强度，再对箱体
进行减小壁厚的方法。对于增大箱体的强度，采用的 图 4 Ⅱ 筋板布置后三维图
方法为增添筋板。通过增添筋板的方法，先减小右端
应力图如图 5 所示，箱体的形变图如图 6 所示。
孔的形变量，留下足够的优化空间，再对箱体壁厚进
行减小，使形变量趋近于要求的最大值，最终得到壁
厚的最优解。

2 尾座箱体筋板的设计方案
2.1 筋板的布置方案
为了增大尾座箱体的强度，减小尾座箱体的形变
量，对箱体添加筋板。对于筋板的布置方案，主要布
置在箱体受载较大的位置。结合尾座箱体的有限元分
析结果，首先在箱体的左右两个孔的下端布置一对筋
图 5 加筋板后箱体应力图
板，称为 Ⅰ 筋板。Ⅰ 筋板布置后三维图如图 3 所示。然
后在箱体两端孔的上方，受载后应力也比较大，且箱 由应力图和形变图可知，尾座箱体应力最小值为
2
7
2
体受载后形变发生比较严重的位置在箱体的上方。所 43.186 N/m ，最大值为 3.626 1×10 N/m 。形变量最
以，在箱体的上方布置一对筋板，称为 Ⅱ 筋板，Ⅱ 筋 小值为 0，最大值为 0.018 357 mm。
板如图 4 所示。 添加筋板以后，应力的最大值和形变的最大值都
添加完筋板以后，对尾座箱体进行有限元分析， 比之前的箱体要小，说明箱体的强度得到了提高。由
判断添加的筋板是否起到了增大箱体强度，减小其形 于添加的两对筋板只确定了其位置，而没有确定其大
变的目的。对尾座箱体进行有限元分析，得出箱体的 小。所以，在对箱体壁厚进行优化前，还要先对刚刚

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