基于非劣排序遗传算法的三代轮毂轴承多目标优化

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1、第45卷第6期2013年12月南京航甬尿航JournalofNanjingU空nlV航天大学学报V01．45ersityofAeronautics&AstronauticsDec．基于非劣排序遗传算法的三代轮毂轴承多目标优化林菜王伟张尧文朱为文(南京航空航天大学能源与动力学院，南京，210016)No．62013摘要：将某型轿车第三代驱动轮轮毂轴承作为研究对象，以疲劳寿命、磨损寿命、旋滚比为优化目标，引入惩罚函数处理约束条件，将原约束优化问题转化为极小化的无约束优化问题，采用带精荚保留策略的非劣排序遗传算法(NSGA—II)进行轮毂轴承多目标优化。通过有限元仿真对优

2、化前后的结构应力情况进行了对比。分析结果表明：在满足规定约束的条件下，提出的优化方案实现了3个目标函数整体性能的同时提升；内法兰、外法兰、内圈、滚珠的应力集中情况均有改善，模型整体最大等效应力较优化前降低8．61％。关键词：轮毂轴承；多目标优化；非劣排序遗传算法；有限元中图分类号：U463．2文献标志码：A文章编号：1005—2615(2013)06—0865—06Multi—objectiveOptimizationforThirdGenerationWheelHubBearingBasedonNSGA—IILinFen，WangWei，ZhangYaowen，Z

3、huWeiwen(CollegeofEnergyandPowerEngineering，NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics，Nanjing，210016，China)Abstract：Thethirdgenerationdrivingwheelhubbearingofcertainvehicleisconsideredasresearchob～ject．Fatiguelife，abrasionlifeandspinrollratioareconsideredastheoptimizationtargets．Pena

4、ltyfunctionisintroducedtodealwithconstraints．Multi—objectiveoptimizationiscarriedoutbyNSGA—II．Throughthefiniteelementanalysis，thestressofthepre—optimizationstructureiscomparedwiththeoptimalone．Theanalysisresultsshowthat：Undertheconditionofmeetingalltherequiredcon～straints，theseperforma

5、ncesofwheelbearingareimprovedindifferentdegrees．Thestressconcentra～tionofinnerflange，outerflange，innerringandballsisreduced．Overallmaximumstressofthemodeldecreasesby8．61％comparedwiththatofthepre—optimizationone．Keywords：wheelhubbearing；multi—objectiveoptimization；NSGA—II；finiteelement第

6、三代轮毂轴承是汽车的重要零部件，由于其结构新颖、工况恶劣且使用日益广泛，针对其开展优化设计具有重要意义[1]。通过优化设计可以最大限度地提高轴承的使用性能，降低制造成本。目前针对轴承的优化目标的选取主要集中在质量、额定静载荷以及与疲劳寿命相关的额定动载荷等指标。文献Ez]对法兰盘轮毂进行轻量化设计，并通过有限元分析进行验证；文献E33对滚动轴承的额定动载荷进行了优化；文献E43以轮毂轴承疲劳寿命为目标，采用遗传算法进行单目标优化；文献E53针对深沟球轴承的额定动载荷、额定静载荷等目标进行多目标优化设计，取得了较好的优化效果；文献E6]开展某轴承疲劳寿命、自旋摩擦功率

7、以及轴向刚度的多目标优化设计。结果表明，很难同时提高3个目标函数的性能。本文对某型轿车驱动轮第三代轮毂轴承进行基金项目：国家自然科学基金(10902049)资助项目；中国博士后科学基金(2012M521073)资助项目。收稿日期：2013—08—15；修订日期：2013—10—15通信作者：林蔡，男，副教授，1980年出生，E-mail：flin@nuaa．edu．cn。866南京航空航天大学学报第45卷结构优化设计，目标函数为疲劳寿命、磨损寿命及旋滚比，旨在提高使用性能。1优化方法1．1NSGA-II算法‘73NSGA—II算法，即带精英保留策略的非劣排序遗传