电动摩托车车架结构优化设计分析

摘要

车架作为电动摩托车的骨架,固定支撑着车辆电机、传动系统、悬架系统、操作系统以及其它相关原件,且在行驶过程中承受着来自路面的冲击载荷和振动,是电动摩托车系统的关键核心部件。其结构强度、刚度和固有特性等性能的优劣直接决定着电动摩托车的使用寿命及舒适性,也是车架的重要设计指标。所以,开展电动摩托车车架结构强度分析和优化设计研究,对新型电动摩托车的研发,提高电动摩托车系统稳定性和舒适性,及实现电动摩托车的轻量化有着重要理论指导意义和工程实用价值。
　　本文采用有限元分析和应变测试试验相结合的方法对电动摩托车车架结构进行分析和优化设计,在满足设计要求下,得到电动摩托车车架构架最佳尺寸。
　　论文的主要的研究内容如下:
　　①以某型号电动摩托车车架为例,运用Pro/E软件建立车架三维实体几何模型;基于 Hypermesh平台,在具体分析车架结构特点的基础上,选取合适单元类型、约束条件以及加载方式,建立电动摩托车车架有限元模型。
　　②利用车架有限元模型对车架进行模态分析,通过Block Lanczos法获得车架各阶固有频率和固有振型,在此基础上对电动摩托车进行路面激励分析,结果表明,各级路面不平度激励将不会引起车架共振。
　　③基于静力学和动力学理论,结合实际工况,对车架进行静强度分析和瞬态动力学分析,获得车架应力分布和关键部位振动加速度变化情况,明确车架薄弱环节和刚度富余较大部位;通过车架应变测试试验验证车架模型的准确性,为车架结构的优化设计提供理论依据。
　　④在最优化理论基础上,通过OptiStruct求解器,以车架质量最小为优化目标,车架结构强度为约束条件,以车架各管件截面尺寸为设计变量建立优化数学模型,对车架进行轻量化设计,优化结果表明,在满足车架结构足够强度和刚度前提下,车架质量减轻10.93％,优化结果显著。