1 概述
在产品设计过程中，往往需要在满足约束条件下，找到最优的解，该最优解可以是最小质量从而降低成本和载荷，或者是最大刚度以减小结构的变形，或者是最大表面积从而提高结构的散热能力等。参数化建模是一种较为常用的优化分析方法，通过对一些变量的参数进行改变，研究该变量对整个模型的敏感度以及最佳取值，最终得到优化问题最优解。在实际问题中，通常一个结构需要同时改变多个参数，因此如何选取较少的有效参数，通过较少的迭代次数来得到最优解，是结构优化的一个难点。
BLDC电机在家用电器中应用广泛，BLDC电机轴系的设计对家用电器的使用性能、噪音水准及用户体感及经济性等方便有诸多影响。本文优化对象在优化前轴系在电机励磁激励下发生噪音不良，存在影响电机寿命的隐患。为改善电机轴系噪音不良，对电机轴系进行削轴变更，将轴系扭转峰与激励错开，以改善电机轴系噪音。削轴后轴系扭转刚度降低，扭转频率必然发生一定程度的下降，故轴系优化问题转化为在轴系扭转满足扭转频率约束的减重问题。
图1 优化前电机轴系频率响应实验结果(轴系扭转频率：282Hz)
Altair HyperStudy是用来处理产品设计过程中优化设计的一种有效工具，通过HyperMesh创建几何模型，设定设计变量，并将模型导入到HyperStudy中，利用其DOE（实验设计）模块和Optimization（优化）模块分别挑选出重要的形状变量和得到最终的优化解。HyperStudy融入了当今较为成熟的各项DOE和Optimization算法，给用户提供了丰富的选择，可以显著加速产品的设计开发过程，并降低成本。
2 有限元模型
2.1模型概述
电机轴系几何模型如图2所示，对模型的约束施加在电机轴的轴承处，约束了三个方向的平动和两个方向的转动，放开轴系旋转约束。为了降低电机轴系整体质量，需要对电机轴系进行进一步的优化减重。从电机轴模型中选取了三个设计变量，通过改变这三个变量的尺寸，在满足固有频率的约束下，尽可能减少电机轴系的质量。
图2 电机轴系FEM模型
2.2OptiStruct固有频率分析
对模型采用OptiStruct进行模态分析，得到第六阶模态为轴的扭转模态，由于电机轴在工作过程中处于转动状态用以传递扭矩，该模态的频率对于电机轴的品质具有较大的影响。电机轴系削轴原始模式中计算得到的如图3所示，固有频率为252.8Hz。实际工作中要求固有频率不得小于230Hz，在此约束条件下对模型进行进一步的尺寸优化。
表1 部件材料参数表
图3 第六阶固有频率：扭转模态
