从20世纪末开始,全球范围内的能源短缺和环境污染问题日益突出。2018年,我国国务院发布《蓝天保卫战三年行动计划》,将减少机动车排放污染作为落实节能减排工作的重点内容。研究表明,汽车的质量每下降10%,汽车的油耗就能降低6%～8%,挂车作为我国公路运输的主力军,至2019年全国保有量为2431万辆,所以挂车的轻量化研究对节能减排意义重大。本文研究内容来源于与某挂车车桥总成制造公司的产学研合作课题,课题内容是对挂车车桥总成关键零部件进行轻量化研究。作为挂车的簧下质量,质量更小的挂车车桥总成可以直接提升挂车的乘坐舒适性和操纵稳定性。制动鼓、轮毂和挂车车桥是总成中质量最大的3个零件,三者的质量合计占比总成73.6%,本文以ANSYS Workbench（AW）为平台,利用有限元法在满足原有性能的前提下分别对制动鼓、轮毂和挂车车桥进行结构优化,实现轻量化设计。在制动鼓的轻量化设计中,选取鼓式制动器的紧急制动和持续制动两种典型工况,利用AW的Transient Structural模块对原制动鼓进行了瞬态动力学仿真分析,合理的优化了制动鼓摩擦区域的壁厚尺寸、法兰面区域的壁厚尺寸以及环向加强筋的结构尺寸,轻量化的制动鼓相比原结构质量减轻了17.5%,从优化前的55kg降低至45.4kg。选取紧急制动为危险工况,通过瞬态动力学分析验证了轻量化制动鼓的性能,结果表明轻量化制动鼓满足使用性能和可靠性要求。在轮毂的轻量化设计中,依据国家标准GB/T 5909-2009《商用车辆车轮性能要求和试验方法》,利用AW的静力学模块对原轮毂进行动态弯曲疲劳寿命分析预测,合理的优化了轮毂外侧加强肋的结构尺寸,缩小了其横截面面积,并将其厚度从优化前的18mm减小至14mm。合理的优化了轮毂内侧加强肋的结构尺寸,保持其横截面结构尺寸不变,将其厚度从优化前的15mm减小至12mm,轻量化的轮毂相比原结构质量减轻了3.9%,从轻量化前的23kg降低至22.11kg。对轻量化轮毂进行动态弯曲疲劳寿命分析,结果表明轻量化轮毂满足使用性能和可靠性要求。在挂车车桥的轻量化设计中,依据交通部标准JT/T 475-2002《挂车车轴》,利用AW对原车桥进行了力学性能分析,建立了有限元模型,利用基于遗传算法的多目标优化方法对挂车车桥的内腔结构进行尺寸优化,共优化了8个尺寸,轻量化的挂车车桥比原结构质量减轻了10.7%,从轻量化前的95kg降低至84.8kg。试制轻量化车桥样件,依据交通部标准JT/T 475-2002对其进行台架试验,刚度性能、强度性能以及疲劳性能试验结果表明轻量化挂车车桥满足使用性能和可靠性要求。经过优化挂车车桥总成比原结构质量减轻了9.14%,从轻量化前的341kg降低至309.82kg。