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正三轮摩托车车架有限元分析与轻量化设计

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EquipmentManufacturingTechnologyNo.05，2018车架是三轮摩托车主要的承载部件，承受着来自车内外的各种动、静载荷，故车架应是有足够的刚度、轻度、可靠性和使用寿命[1]。传统的设计方法周期长，且对于设计目标进行定量分析的性能较差。如果在产品的研发周期阶段下引入CAE分析技术，在保证车架承载能力的前提下，建立一种优化设计车辆的方法，就可以实现结构的轻量化设计，降低开发成本，提高产品的竞争力。1轻量化概念及措施在确保结构强度和安全性能的前提下，使用新材料降低自重，或采用现代设计方法对物体进行优化设计，达到减重、安全、降耗、环保的要求[2]。提到轻量化设计，主要从材料和结构设计合理化两方面考虑。（1）材料国内外主要轻量化的材料主要有：A、有色合金材料：铝合金、镁合金使用较为广泛；B、非金属材料：以目前广泛应用的碳纤维为代表；C、高强度钢。（2）结构设计合理化通过对正三轮车车架结构进行多次结构优化、设计，合理减少车架重量，校核轻量化后车架结构的强度，在确保满足安全性能前提下进行减重。本文对正三轮车车架轻量化的主要途径是利用有限元分析（FEA）技术进行结构优化设计，在保证车架承载能力和满足可靠性的基础上，合理设计结构布局，去除多余材料，通过优化壁厚进行减重。

2有限元分析2.1有限元建模正三轮摩托车车架主要是由矩管与圆管焊接而成。本文中，对车架非承载件进行模型简化。FE模型如图1所示。

车架FE模型主要由抽中面和焊接完成，网格单元长度取5mm，网格数量199086个，其中壳单元194468个，实体单元4618个。矩管与圆管结构处理

为壳单元，立管处理为实体单元。2.2分析工况正三轮摩托车在实际行驶过程中大部分处于超载状态，因此在进行有限元分析计算时，从安全角度考虑，所施加的货物及车架所受外载荷都为实际使用过程中较恶劣情况，以最大限度保证三轮摩托车

正三轮摩托车车架有限元分析与轻量化设计杨方媛，王利娟，涂奎（隆鑫通用动力股份有限公司技术中心，重庆400052）

摘要：车架不仅要求足够的强度和刚度，而且需要最大限度减轻其自重，以提高整车的动力性和经济性。对于以货运为主的三轮摩托车，车架自身质量占整车质量的比例较大，因此减轻车架自重对三轮摩托车的轻量化研究具有重要意义。本文选用一款货用三轮车为分析对象，对现有车架建立FE模型并进行试验验证，结合有限元分析手段解决减重与强度之间的矛盾问题，得出以80%用户实际使用情况为边界条件的轻量化车架。关键词：正三轮摩托车；车身强度；静强度分析；轻量化分析；有限元法

中图分类号：TH122文献标识码：A文章编号：1672-545X（2018）05-0052-04

收稿日期：2018-02-27作者介绍：杨方媛（1992-），女，陕西渭南人，学士，工程师，研究方向为可靠与耐久性研究。

图1正三轮摩托车有限元模型52《装备制造技术》2018年第05期的行驶安全。三轮摩托车在实车行驶过程中，主要受弯曲、急制动和扭转等几种载荷。为了能够真实地反映三轮摩托车实际使用情况，本文针对弯曲工况、制动工况和扭转工况进行了有限元分析。具体如表1所示。

2.3静强度分析结果静强度分析结果见表2.

正三轮摩托车原状态车架分析结果如上表2所示，车架在弯曲、制动、扭转三个工况下，强度不合格。

3车架试验验证3.1应变测试测点布置图结合有限元静强度分析结果与用户实际使用工况，对车架应力较大位置及关重部位进行了应变试验测试，点位布置图如下2~13所示。

此次车架应变测试试验共布点12个。3.2车架应变测试结果与仿真结果对比3.2.1应变测试路谱图

正三轮摩托车车架应变测试路谱图如图14所示。其中，对原始路谱进行了简单的去小信号、去漂移等信号处理。

表1三轮摩托车车架静强度分析工况表工况备注弯曲三轮摩托车处于水平位置，满载。该工况模拟整车在平坦道路上匀速行驶或处于静止状态下产生的载荷对车架强度的影响。

制动该工况模拟三轮摩托车在满载情况下低速通过路面凸包或凹坑极限工况时产生的载荷对车架强度的影响。

扭转该工况模拟三轮摩托车在满载情况下紧急制动时产生的载荷对车架强度的影响。

表2正三轮摩托车车架静强度分析结果表分析工况分析结果判定

弯曲工况最大应力值为243MPa>许用应力值157MPa，强度不合格。

制动工况最大应力值为226MPa>许用应力值157MPa，强度不合格。

扭转工况最大应力值为242MPa>许用应力值157MPa，强度不合格。

图2测点1图3测点9

图4测点2图5测点3

图6测点4图7测点5

图8测点6图9测点7图10测点8图11测点10图12测点11图13测点1253EquipmentManufacturingTechnologyNo.05，20183.2.2仿真与试验结果对比如表3所示，12个通道数据与仿真结果对比误差在可接受范围内（误差20豫以内），一致性较好，证明了有限元分析方法的合理性。

4轻量化方案设计正三轮摩托车车架主体结构主要由矩管与圆管组成。本文中所采用的轻量化设计手段主要是优化壁厚。如图15所示，对车架原结构薄弱地方进行局部加强，加强矩管壁厚为2.0mm.如图16所示为车架轻量化设计方案，原状态车架重量为65.4kg，减重后车架重量为62.4kg，重量减少3kg，降幅约为4.6豫.

5轻量化车架有限元分析结果如上表4所示，有限元分析结果表明，轻量化设计方案车架强度满足使用要求。

6结束语通过有限元分析与试验相结合的方法验证了有限元模型分析的准确性，实现了在不低于原型车架强度基础上的新改型车架轻量化设计。本文在正三轮摩托车车架的设计过程中有效地利用了有限元法的优势，避免了传统设计的盲目性[5]。

参考文献：[1]崔宇航，刘建军，史春涛，等.三轮摩托车车架的轻量化设计

[J].小型内燃机与车辆技术，2015，12（6）：82-85.[2]刘丹.重型载货汽车车架的有限元分析及优化[D].合肥：

图16正三轮摩托车车架轻量化设计方案图厚度由t2.2寅t2（mm）

383.30.0-595.9

F7-roadrun.txt-1

F7-roadrun.txt-21447.41000.0500.0121.1F7-roadrun.txt-3

F7-roadrun.txt-4206.4

-500.0-1295.1

F7-roadrun.txt-5F7-roadrun.txt-6F7-roadrun.txt-7F7-roadrun.txt-8F7-roadrun.txt-9F7-roadrun.txt-10F7-roadrun.txt-11F7-roadrun.txt-12

217.20.0-254.0425.2200.062.45502.10.0

-1014.6502.80.0-500.0-860.655.6

-100.0-255.12.6-200.0-475.8395.70.0-500.0-923.82057.61500.01000.0630.9511.3

0.0-470.9

图14正三轮摩托车车架应变测试路谱图0.02.04.06.08.010.012.014.016.018.020.022.024.026.028.031.5Timeins

表3车架应变测试结果与仿真结果对比表通道单元ID测试应变值测试应力值分析结果应力值误差备注CH11381025052.555.65.9豫/

CH2130251201252.212404.7豫/CH312776-805-169-1624.14豫/CH41945085.7181612.7豫/CH52999522647.46446.4豫/CH63113-787-165.27-13319.2豫/CH797421-556-116.76-1192.2豫/CH818923-220-46.2-5111.3豫/CH917398-470-98.7-8810.5豫/CH1016305-437-91.77-976豫/CH1123581388291.482707.7豫/CH1214358-235-49.35-458.8豫/

表4轻量化优化后车架分析结果及判定分析工况分析结果判定弯曲工况最大应力值为119MPa

强度合格。

制动工况最大应力值为146MPa

强度合格。

扭转工况最大应力值为120MPa

强度合格。

图15车架结构优化方案图增加图示矩管

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试析基于有限元分析的摩托车车架优化设计

试析基于有限元分析的摩托车车架优化设计

Internal Combustion Engine &Parts0引言摩托车是一种操作便捷的车辆，在我国城乡经济生活及运输领域内扮演重要角色，因此探究车辆行车的安全性具有重要的意义。

在实际工程中，有限元法得到广泛应用，利用有限元对零部件及机械结构的动力学展开分析，从而优化动态特性，改进优化的结构，促使其成为现代化工程设计中的主要手段。

为提升摩托车的自身安全，本文将利用有限元分析，探究摩托车车架，并提出改进的方案。

1摩托车车架的设计要求在摩托车中车架是骨架，主要是将发动机和制动系统等各系统进行相互连接，从而构成整体。

车架不仅需承担静载荷，还需要承受动载荷和冲击荷载。

因此在设计摩托车车架时需要全方位考虑问题。

布置车架机构，应该保证和人机工程学要求相符合，从而提升乘坐的舒适性。

另外还需要保证强度适中，保证重要零件不受到任何破坏，同时还需要全方面考虑各种道路情况。

另外还需要保证刚度足够，保证车辆在工作的过程中，不会受到任何变形。

当刚度较大，便可影响舒适性，当刚度较低，便可导致操作的稳定性下降。

当车架重量较低，基于强度及刚度情况下，车架越低，则代表越好。

车架振动对操作的稳定性和振动噪声均可产生较大影响。

因此从社会要求出发，必须减轻车辆的重量。

在提升性能的过程中，保证车身重量较轻也是需要解决的根本问题。

现阶段，在运用动态化设计方法及理论是有效解决结构动力问题，因此需要深入探究摩托车动态化设计的问题。

2基于有限元分析的摩托车车架设计摩托车的发动机是振源，本次研究的为钢管型车架，发动机与车间在螺栓下连接，发动机的振动直接传输到车架。

发动机一、二阶惯性频率及车架在同步振动过程中，会发生共振。

现有的摩托车车架前几阶固定频率在发动机的作用下会发生惯性频率，共振反应的发生率较高。

通过对道路上的摩托车振动情况进行分析，以摩托车发动机的振源作为角度，对摩托车车架进行模拟频率优化设计，在车架前几阶固有频率将常用转速的惯性频率规避，实现提升摩托车动态特性将振动环节的目标。

基于有限元分析的节能车车架轻量化设计

基于有限元分析的节能车车架轻量化设计


在Ａ Ｙ ９ ＮＳ Ｓ ． 建 立 车 架 ０中 图２ 车架结构简图
量 化 的原 则 ， 而 作 为 主要 承 载 部 件 的车 架 ，在 整 车 质 量 中 占较 模 型 时 ， 去 对 整 体 强 度 影 响 略
大 比重 ，是 轻 量 化 设计 的 首要 对 象 。需 在保 证 足 够 强 度 与 刚 度 较小的孔及其他工艺特征，采用 Ｂ ａ ｅｍ１８单元来离散整个结构。 ８
上进一步缩减截面尺寸， 实现 了车架结构 的轻量化 目标。模 态分析结果表 明 ，车架的动态特性较好 ，怠速状 态下不会 与
发 动机 产 生 共 振 。
关键词
有 限元 节 能车 车架 轻量化
பைடு நூலகம்
Ｌｉ ｈ ｗｅｇ ｔＤｅ ｉ ｎ ｏ ｎ Ｅｎｅ ｇ ｎｓ ｒ ａ ｉ ｎ Ｖｅ ｃ ｅＦｒ ｍ ｅＢａ ｅ ｎ ＦＥＡ ｇ ｔ ｉ ｈ ｓｇ ｆａ ｒ ｙ Ｃｏ ｅ ｖ ｔｏ ｈｉｌ ａ ｓ ｄ ｏ
ｃ ｎ ｉｏ ． ｏ ｄｔ ｎ ｉ Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｉ ｉ ｅ ｎ ｅ ｇ ｏ ｓ ｒ ａ ｉ ｎ ｖ ｈ ｃｅＦｒ ｍ ｅ Ｌｉ ｈ ｗｅ ｇ ｔ ｙ ｒ ｓＦ ｎ ｔ Ｅｌ ｍｅ ｔ Ｅｎ ｒ ｙ ｃ ｎ ｅ ｖ ｔ ｅ ｉ ｌ ａ ｇ ｔ ｉ ｈ ｅ ｏ
以“ 挑战一升，环保一生”为 口号 的 Ｈ ｎａ节能竞技大赛， ｏｄ
的前提下 ，使之达到最轻状态。
Ｂａ ８ ｅｍ１８是 ２节点 （ ｏ ｅ Ｎ ｄ ）梁 单元，每 个节 点有 ６个 自由度 ，
个 ，Ｚ和 ３个沿 ，ｙ，Ｚ轴方 向 轻量化设计可从材料上入手，如 ： 采用碳纤维或铝合金等 包括 ３ 线性位移 自由度 ，ｙ 轻质材料来替代传统的钢 ， 但成本偏高，且制作上存在难度 （ 如 的转动 自由度 。该单 元适 宜于分析细长 或中等厚度 的梁结构 ， 铝合金不易焊接 ） ，所以从车架结构优化入手显得更为实际。由 可获得较好的整体应力水平分布情况，且计算速度快 。梁与梁 于车架本身结构和载荷的复杂性 ，无法 以建立力学模 型和通过 的连接处进行节点耦合 。由于车轮与车架直接 刚性连接 ，所 以
摩托车车架强度的有限元分析

摩托车车架强度的有限元分析

摩托车车架强度的有限元分析
惠记庄;邹亚科
【期刊名称】《小型内燃机与摩托车》
【年(卷),期】2008(037)001
【摘要】应用有限元软件ANSYS对所设计的摩托车车架强度进行了分析.针对不同工况,对车架结构做了静态的应力和应变分析,用动载系数法做了动态的应力和应变分析.指出了车架结构的薄弱环节,说明改进途径.结果表明,应用ANSYS可以较准确地分析摩托车车架上各点的应力、位移情况,为改进摩托车车架受力状况和结构优化设计提供理论依据.
【总页数】3页(P28-30)
【作者】惠记庄;邹亚科
【作者单位】长安大学工程机械学院,陕西西安,710064;长安大学工程机械学院,陕西西安,710064
【正文语种】中文
【中图分类】U483
【相关文献】
1.LX200摩托车车架有限元分析及强度评价 [J], 邹喜红;毛星子;稅宁;石晓辉
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3.LH250摩托车车架刚度及强度的有限元分析 [J], 余柳平;袁守利;阮杰;颜伏伍
4.正三轮摩托车车架强度有限元分析 [J], 李喜全;孙于胤;周玉军
5.试析基于有限元分析的摩托车车架优化设计 [J], 康仕彬
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摩托车车架的载荷分析与合理设计

摩托车车架的载荷分析与合理设计

摩托车车架的载荷分析与合理设计摩托车车架作为摩托车的骨架，承担着承载引擎、悬挂系统以及车身负重的重要功能。

在设计和制造摩托车车架时，必须充分考虑各种载荷，以确保车架的稳定性、耐久性和安全性。

本文将重点探讨摩托车车架的载荷分析与合理设计。

首先，摩托车车架所承受的主要载荷包括动力载荷、重力载荷和操纵载荷。

动力载荷是指由引擎产生的力，通过车架传递到地面。

重力载荷是指车辆自身的重量以及乘员和物品的重量。

操纵载荷是指由车辆操纵部件（如转向柄和脚蹬）施加在车架上的力。

在设计车架时，必须充分考虑这些载荷的合力，以确保车架的强度和稳定性。

在进行载荷分析时，需要进行静态分析和动态分析。

静态分析是指在静止状态下对车架的载荷进行分析，可以通过有限元分析等计算方法来评估应力和变形。

动态分析则是对车架在不同车速、不同路况和不同操纵情况下的载荷进行分析，以确定其固有频率和振动模态。

这些分析有助于优化车架的设计，减少应力集中和振动问题。

在合理设计摩托车车架时，有几个关键因素需要注意。

首先，车架的主要结构材料应具备足够的强度和刚度，以抵抗各种载荷，并保持车架的稳定性。

常用的车架材料包括高强度钢、铝合金和碳纤维复合材料。

在选择材料时，需要平衡强度、刚度和重量等因素。

其次，车架的结构设计应合理分布载荷，避免应力集中和疲劳破坏。

通常采用一些结构加强措施，如加强筋、横梁和吊挂等，来增加车架的强度和刚度。

此外，应使用适当的连接件和焊接工艺，确保车架连接牢固、无松动，并能承受各种力的作用。

另外，车架的几何形状也对其载荷分析和设计起着重要作用。

车架的各个部位应能够合理分担载荷，并在发动机、悬挂系统和车轮之间提供充足的空间。

此外，优化车架的重心位置，使得重力载荷能够均匀分布，并有助于提高摩托车的稳定性和操控性。

最后，为了确保摩托车车架的可靠性和安全性，还需要进行严格的试验和验证。

例如，通过静载试验和动态载荷试验，可以验证车架在预定载荷下的性能和寿命。