驱动桥作为卡车底盘的关键总成,不仅承受车身以及路面施加的载荷,还需要为传动系统提供良好的工作环境。通常期望驱动桥壳在多个极限工况下的变形量不宜过大,保证工作中具有足够的刚度、强度。本文以某微卡驱动桥为研究对象,分析驱动桥在极限工况下的力学特性,分别采用拓扑优化、构建近似模型的方法对主减速器壳体、驱动桥壳进行多目标优化设计。建立了驱动桥壳与主减速器壳体的有限元模型,并在最大垂向力、最大驱动力、紧急制动、最大侧向力四个极限工况以及传动工况下分析了其力学特性。对比分析仿真结果发现,在极限工况下传动系统产生的内部载荷对驱动桥壳的变形量和应力等力学性能指标具有较大影响,最高达到51%,不应忽略。此外,主减速器壳体所受应力远小于材料的屈服强度,具有一定的轻量化潜力。而在最大垂向力工况下的驱动桥壳变形量有待减小,需要对结构进行改进,以提升结构刚度性能。考虑主减速器壳体为铸造件,且具有轻量化设计的空间,在保证不影响主、从动齿轮啮合的前提下,利用拓扑优化方案对主减速器壳体进行了轻量化设计。首先通过评价函数法得到关于静态刚度和动态低阶频率的综合评价函数,约束轴承座B-CD相对变形量及主减速器壳体体积分数,利用拓扑优化结果对原始主减速器壳体进行了结构改进,在刚度和模态性能不变的同时实现11.7%的减重。随后,将轻量化设计结果作为基结构,在不发生运动干涉的前提下,铺设材料作为拓扑优化的设计空间,以降低轴承座B-CD相对变形量为目标函数,约束体积分数,对铺设材料进行拓扑优化设计,使得轴承座相对变形量减少了5.6%,利于主、从动齿轮的正确啮合。考虑到桥壳的加工方式为冲压焊接,无法随意修改表面形状。选取驱动桥壳内径、关键截面的垂向高度为设计变量,以驱动桥壳轻量化及降低轴承座B-CD相对变形量为目标函数,约束桥壳刚度,通过试验设计、构建移动最小二乘法近似模型和全局响应面法对驱动桥壳进行多目标参数优化设计并对最终优化方案进行工程修正。对比优化前后的结果可知,在驱动桥壳质量仅增加2.3%的情况下,B-CD相对位移量下降9.5%,桥壳刚度最大提升10.5%,优化效果良好。