摘要
电驱动总成差速器壳体作为电动汽车动力传动系统的重要动力传递和承载部件，易疲劳失效但往往被忽略，进而影响电动汽车行驶可靠性和安全性，因此，电驱动总成差速器壳体疲劳寿命越来越受到关注和重视。目前，差速器壳体疲劳寿命的研究主要还集中在传统燃油车差速器壳体，而且分析和计算的工况和载荷比较单一，与实际行驶情况有较大差异。电动汽车与传统燃油汽车相比，行驶载荷和工况更加复杂，导致电动汽车与传统燃油汽车的差速器壳体疲劳寿命周期及影响因素发生较大变化，采用传统方法难以获得准确的电驱动总成差速器壳体疲劳寿命。因此，本文通过建立电驱动总成差速器壳体有限元模型，并对有限元模型进行试验验证，基于实际行驶载荷谱，对电驱动总成差速器壳体疲劳寿命进行高效准确分析和计算，为电驱动总成差速器壳体疲劳寿命设计和分析提供行之有效的方法。 首先，建立电驱动总成差速器壳体有限元模型，提出了基于模态试验和台架试验验证相结合的电驱动总成差速器壳体有限元模型验证方法。在壳体模态有限元分析基础上，采用Ploymax参数识别方法进行了模态试验验证，基于液压伺服系统建立了电驱动总成差速器壳体冲击疲劳试验系统，基于试验系统边界约束条件进行有限元仿真分析，通过台架试验进一步验证电驱动总成差速器壳体有限元模型的精确性。 其次，建立电驱动总成差速器壳体试验场载荷谱采集方法，进行电驱动总成差速器壳体载荷谱采集和分析，提取了电驱动总成差速器壳体载荷特征及载荷谱，建立了电驱动总成差速器壳体实际道路载荷谱提取方法。以提取的实际道路载荷谱作为电驱动总成差速器壳体动力学分析的载荷输入，并依据纯电动汽车实际运行边界条件，建立了电驱动总成差速器壳体动力学模型并进行动力学仿真分析，为疲劳寿命计算提供基础数据。 然后，结合名义应力法和损伤准则对电驱动总成差速器壳体寿命进行研究，以差速器壳体材料S-N曲线为基础，综合考虑了电驱动总成差速器壳体疲劳寿命表面粗糙度、应力集中效应及加载方式等因素的影响，对差速器壳体材料S-N曲线进行修正，获得了较为精确的差速器壳体结构S-N曲线。在此基础上，进行了疲劳寿命分析，结果表明其疲劳损伤最大位置与汽车实际行驶时疲劳失效位置相同。 最后，选用连续体变密度法进行电驱动总成差速器壳体轻量化设计，采用拓扑优化方法建立电驱动总成差速器壳体优化数学模型，基于优化结果对电驱动总成差速器壳体进行轻量化设计，相比于原始结构，在保证电驱动总成差速器壳体强度前提下，优化后的电驱动总成差速器壳体总质量降低了13.89%。
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