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車架是摩托車的主要承載結(jié)構(gòu)，具有幾何形狀復(fù)雜、作用載荷復(fù)雜、支撐結(jié)構(gòu)和約束復(fù)雜的特點。車架具有足夠的強度和適當?shù)膭偠仁菍嚰艿幕疽蟆Ｄν熊囓嚰艿膹姸仁悄ν熊嚦休d能力的決定性因素。足夠的強度保證摩托車在載荷的作用下保持結(jié)構(gòu)的完整。適當?shù)膭偠缺ＷC摩托車在載荷的作用下保持前、后輪的平直度，不致產(chǎn)生影響行駛穩(wěn)定性的彎曲或扭曲。下面主要運用有限元法對摩托車車架在不同工況下的剛度和強度進行計算，分析車架的應(yīng)力應(yīng)變情況并對結(jié)果進行評價，以便能為摩托車車架的設(shè)計提供參考。
1、車架幾何模型的建立
所提供的車架是由若干根鋼管和鋼板組合的焊接結(jié)構(gòu)組成，其中車架上管、下管及與其相連的連接板為主要承載部件。根據(jù)有限元分析的特點，我們先建立起具有一定精度的車架的幾何模型。
2、車架有限元模型的建立
使用處理軟件Hypermesh對車架的幾何模型進行網(wǎng)格劃分，單元選用二維4節(jié)點的空間薄殼單元Shell63，Shell63單元可有效地模擬一定厚度的板殼及其線形和彎曲變形。單元每個節(jié)點均具有6個自由度，即x，y，z向平動自由度和繞x，y，z軸的轉(zhuǎn)動自由度。在平面內(nèi)變形為線性變形，對于非平面的情況單元采用對組成向量進行混合插補的方法，從而使對車架的模擬更為合理。
用板殼SHELL63單元對該車架進行離散。在離散過程中，考慮到車架與轉(zhuǎn)向立管相接處以及各彎管相接處的結(jié)構(gòu)強度較薄弱，劃分單元時應(yīng)盡可能細化，以便準確地求得最敏感承載區(qū)域的應(yīng)力和變形。
2.1、車架的計算載荷
摩托車在使用過程中要承受各種載荷的作用，在建立車架的有限元模型時就必須對載荷進行適當?shù)奶幚恚员闶┘釉谙鄳?yīng)的單元和節(jié)點上。對于本摩托車，駕駛員質(zhì)量130 kg，油箱質(zhì)量6kg，發(fā)動機總成質(zhì)量35.2kg。發(fā)動機總成載荷分兩部分集中載荷，前支撐19kg，后支撐16.2kg，在建立有限元模型時將作用點設(shè)置在節(jié)點上，各部分載荷形式都為均布載荷。
3、計算結(jié)果
計算的車架應(yīng)力分布，車架最大應(yīng)力為124.5 MPa，位于發(fā)動機后支撐梁與座椅相接處，小于強度極限。除此還有轉(zhuǎn)向立管附近的最大應(yīng)力，底部左彎管處的最大應(yīng)力為42.762 MPa，弧形板和前支撐管相接處的應(yīng)力，最大應(yīng)力為31.662 MPa。
車架的變形主要發(fā)生在與車架主彎管相連的支撐座處，最大總變形量為0.802 mm。
4、結(jié)論
利用有限元的方法對車架進行結(jié)構(gòu)強度和剛度分析，從分析結(jié)果可知：
1)、在雙輪、單輪支撐兩種工況下的強度分析計算結(jié)果，車架的最大應(yīng)力分別為124.5 MPa和153. 6 MPa均小于車架材料的許用限制。該車的車架強度設(shè)計滿足要求；
2)、車架的彎曲剛度略小于標準彎曲剛度，而扭轉(zhuǎn)剛度遠大于標準扭轉(zhuǎn)剛度。表明車架扭轉(zhuǎn)剛度過大，可能存在車架的振動，對摩托車的操縱穩(wěn)定性和乘坐舒適性造成不利影響；
3)、車架的最大應(yīng)力出現(xiàn)在車架主彎管和后彎管連接處，注意此處的焊接質(zhì)量；
4)、車架轉(zhuǎn)向立管處的結(jié)構(gòu)應(yīng)力控制較好，結(jié)構(gòu)設(shè)計合理。
專業(yè)從事機械產(chǎn)品設(shè)計│有限元分析│強度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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