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摩托车车架的刚度及强度分析

时间:2015-12-24 20:34 所属行业:摩托车、车架、强度分析、有限元分析

强度分析
    车架是摩托车的主要承载结构,具有几何形状复杂、作用载荷复杂、支撑结构和约束复杂的特点。车架具有足够的强度和适当的刚度是对车架的基本要求。摩托车车架的强度是摩托车承载能力的决定性因素。足够的强度保证摩托车在载荷的作用下保持结构的完整。适当的刚度保证摩托车在载荷的作用下保持前、后轮的平直度,不致产生影响行驶稳定性的弯曲或扭曲。下面主要运用有限元法对摩托车车架在不同工况下的刚度和强度进行计算,分析车架的应力应变情况并对结果进行评价,以便能为摩托车车架的设计提供参考。
1、车架几何模型的建立
    所提供的车架是由若干根钢管和钢板组合的焊接结构组成,其中车架上管、下管及与其相连的连接板为主要承载部件。根据有限元分析的特点,我们先建立起具有一定精度的车架的几何模型。
2、车架有限元模型的建立
    使用处理软件Hypermesh对车架的几何模型进行网格划分,单元选用二维4节点的空间薄壳单元Shell63,Shell63单元可有效地模拟一定厚度的板壳及其线形和弯曲变形。单元每个节点均具有6个自由度,即x,y,z向平动自由度和绕x,y,z轴的转动自由度。在平面内变形为线性变形,对于非平面的情况单元采用对组成向量进行混合插补的方法,从而使对车架的模拟更为合理。
    用板壳SHELL63单元对该车架进行离散。在离散过程中,考虑到车架与转向立管相接处以及各弯管相接处的结构强度较薄弱,划分单元时应尽可能细化,以便准确地求得最敏感承载区域的应力和变形。
2.1、车架的计算载荷
    摩托车在使用过程中要承受各种载荷的作用,在建立车架的有限元模型时就必须对载荷进行适当的处理,以便施加在相应的单元和节点上。对于本摩托车,驾驶员质量130 kg,油箱质量6kg,发动机总成质量35.2kg。发动机总成载荷分两部分集中载荷,前支撑19kg,后支撑16.2kg,在建立有限元模型时将作用点设置在节点上,各部分载荷形式都为均布载荷。
3、计算结果
    计算的车架应力分布,车架最大应力为124.5 MPa,位于发动机后支撑梁与座椅相接处,小于强度极限。除此还有转向立管附近的最大应力,底部左弯管处的最大应力为42.762 MPa,弧形板和前支撑管相接处的应力,最大应力为31.662 MPa。
车架的变形主要发生在与车架主弯管相连的支撑座处,最大总变形量为0.802 mm。
4、结论
    利用有限元的方法对车架进行结构强度和刚度分析,从分析结果可知:
    1)、在双轮、单轮支撑两种工况下的强度分析计算结果,车架的最大应力分别为124.5 MPa和153. 6 MPa均小于车架材料的许用限制。该车的车架强度设计满足要求;
    2)、车架的弯曲刚度略小于标准弯曲刚度,而扭转刚度远大于标准扭转刚度。表明车架扭转刚度过大,可能存在车架的振动,对摩托车的操纵稳定性和乘坐舒适性造成不利影响;
    3)、车架的最大应力出现在车架主弯管和后弯管连接处,注意此处的焊接质量;
    4)、车架转向立管处的结构应力控制较好,结构设计合理。

                                                                                 专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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