摩托车车架结构分析及发动机振动的影响研究

摘要

车架是摩托车的关键零件，车架结构直接影响到摩托车的舒适性和安全性。 本文在对样车车架测量的基础之上，使用Pro/E软件建立车架的三维模型，利用有限元方法以及ANSYS软件对摩托车车架进行强度、刚度分析，主要进行了静态的应力及应变分析，动态的模态分析，得到相应的数据以及动态图形显示，同时寻找到受力的关键截面，并采取相应措施改进设计。 路面激励和发动机激励是引起摩托车振动的主要根源。本文着重从发动机激励来考虑如何尽可能避免发动机惯性力频率跟车架固有频率一致引起的摩托车共振问题。本文主要采用有限元法对摩托车车架的振动特性进行分析，通过模态分析及谐响应分析，对车架的动态特性有了深入系统的了解。模态分析是通过研究结构的刚度和质量，获得结构本身固有动态特性(自振频率和振型)的方法。谐响应分析通过研究持续循环载荷下结构的稳态响应，提供预测结构是否满足在强迫振动下共振、疲劳和其它有害影响的要求。为解决摩托车的振动问题提供了重要的依据。 本文通过研究摩托车单缸发动机的运动规律，建立发动机曲柄连杆机构的两质点数学模型，计算摩托车发动机的惯性力。通过对过量平衡机构的系统理论分析，估计过量平衡率、平衡修正角和发动机安装前置角对发动机的惯性力的影响。针对样机提出过量平衡减振的设计方案，改善摩托车的动态特性，提高摩托车的乘坐舒适性、安全性和耐久性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1选题背景

1.1.1课题来源

1.1.2课题研究的目的、意义

1.2国内外研究的现状

1.3本论文的主要任务

第2章车架结构尺寸的获取及修正

2.1车架结构尺寸的获取

2.1.1车架的测量

2.1.2三维坐标的测量

2.2 Pro/E的应用

2.2.1 Pro/E简介

2.2.2根据测量数据建立车架CAD模型

2.3车架梁管结构的修正

2.3.1曲线的拟合修正

2.3.2测量曲线的修正

第3章ANSYS车架有限元模型的建立

3.1有限元法介绍

3.1.1有限元法简介

3.1.2有限元的发展历史和现状

3.2 ANSYS软件简介

3.2.1ANSYS发展过程和使用环境

3.2.2ANSYS的主要功能模块

3.2.3ANSYS的APDL建模

3.3车架有限元模型的选择

3.3.1车架有限元模型的要求

3.3.2三种车架模型的特点及选择

3.4车架有限元模型的单元

3.4.1车架模型的梁单元

3.4.2车架模型的板壳单元

3.4.3车架模型的其它单元

3.5车架有限元模型的建立

3.5.1 ANSYS中车架几何模型的建立

3.5.2车架模型的网格划分

第4章车架的静力分析

4.1车架结构的静力分析

4.1.1车架结构的要求

4.1.2结构静力学的有限元分析理论

4.2车架的强度分析

4.2.1车架约束的处理

4.2.2载荷的处理

4.2.3车架结构强度分析的结果

4.3车架的刚度计算

4.3.1车架的刚度

4.3.2车架的扭转刚度

4.3.3车架的弯曲刚度

第5章车架的模态分析

5.1车架结构模态分析

5.1.1车架结构模态分析的意义

5.1.2有限元模态分析的基本理论

5.1.3ANSYS特征值的解法

5.2车架结构模态分析的计算条件

5.2.1计算边界条件的确定

5.2.2计算频率范围的选择

5.2.3模态分析的车架有限元模型

5.3车架自由模态的分析结果

5.3.1自由模态的计算结果

5.3.2模态计算结果的分析

第6章发动机的振动对车架的影响

6.1发动机振动的来源

6.1.1车架的外部激振源

6.1.2单缸发动机的平衡和振动

6.2发动机往复惯性力的计算

6.2.1发动机的往复惯性力

6.2.2单缸发动机往复惯性力的平衡

6.3车架对发动机振动的谐响应分析

6.3.1有限元谐响应分析的基本理论

6.3.2谐响应分析的车架模型及计算边界条件

6.3.3谐响应分析的计算结果

第7章全文总结及展望

参考文献

致谢

附录