摩托車車架力學性能探究范文
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《機械設計與制造工程雜志》2014年第六期
a．車架彎曲工況。主要考慮正三輪摩托車滿載狀態下靜止或在良好路面上勻速直線行駛時應力分布和變形情況。邊界處理:前立管、板簧連接部位的6個自由度全部約束。b．車架緊急制動工況。主要考慮正三輪摩托車以規定最大制動加速度制動時，地面制動力對車架的影響。根據制動力計算公式，正三輪摩托車前輪最大制動力Ff=FZ1×φ=155×9．8×0．75=1139．25N，其中FZ1為前輪軸荷分配重力，φ為附著系數;正三輪摩托車兩后輪最大制動力Fr=FZ2×φ=535×9．8×0．75=3932．25N，其中FZ2為后輪軸荷分配重力。邊界處理:前立管、板簧連接部位的6個自由度全部約束，在正三輪摩托車行駛方向上的前后車輪附加相應的1139．25N和3932．25N制動力。c．車架急轉彎工況。主要考慮正三輪摩托車以安全轉彎速度行駛時慣性力對車架的影響。根據正三輪摩托車安全轉彎半徑的測量方法，獲得該車的轉彎半徑為3130mm;根據正三輪摩托車安全轉彎速度規定，正三輪摩托車安全轉彎速度為10km/h，根據公式v=rω，可得轉彎角速度為0．8875rad/s。邊界處理:前立管、板簧連接部位的6個自由度全部約束，在轉彎方向上施加轉彎角速度為0．8875rad/s。d．車架扭轉工況。主要考慮將一側車輪懸空時扭矩對車架的影響。邊界處理:刪除車架懸空輪垂直于地面方向上的約束。
2正三輪摩托車車架4種工況計算結果
2．1正三輪摩托車車架4種工況下MISE分布圖3所示是正三輪摩托車車架在4種工況下，經4種不同邊界處理所得到的車架MISE分布。從圖3(a)、圖3(b)、圖3(c)、圖3(d)中可以看出車架處于4種工況下的MISE分布趨勢基本一致，MISE分布不均勻，最大值基本集中在車架連接車輪處的位置，分別為121．2MPa、138．0MPa、138．5MPa、216．3MPa，4種工況的最大值均小于車架材料屈服強度235MPa，因而正三輪摩托車車架結構強度符合要求。
2．2正三輪摩托車車架4種工況下總變形量分布圖4所示是正三輪摩托車車架在4種工況下，經4種不同邊界處理所得到的車架總變形量分布。從圖4(a)、圖4(b)、圖4(c)中可以看出車架處于彎曲工況、緊急制動工況和急轉彎工況下總變形量分布趨勢大致相同，其最大變形量值分別為0．7182mm、0．7189mm、0．7187mm，從圖4(d)中可以看出車架處于扭轉工況下的總變形量分布不均勻，其最大變形量值為3．8010mm。因而在車架設計中需要重點考慮扭轉工況下車架變形的狀況。
3三輪摩托車車架模態分析
正三輪摩托車大多使用在鄉間道路，具有路況差、振動大等特點，因而正三輪摩托車車架在設計中必須考慮頻率與振幅問題，以保證正三輪摩托車車架的使用性能和舒適性。正三輪摩托車車架運動微分方程為。
3．1正三輪摩托車車架第一階頻率與振型圖5所示是經過有限元計算的正三輪摩托車車架模態分析結果，可以看出車架的第一階頻率為79．36Hz，振型沿車架橫向扭曲。
3．2正三輪摩托車車架第二階頻率與振型圖6所示是經過有限元計算的正三輪摩托車車架模態分析結果，可以看出車架的第二階頻率為128．78Hz，振型沿車架縱向彎曲。
3．3正三輪摩托車車架前十階頻率與振型表1是通過有限元計算的正三輪摩托車車架前十階頻率與振型，表中數據可為車架結構設計和測試提供理論依據。
4結束語
本文正三輪摩托車車架4種工況的強度和剛度計算結果，能提高評估車架性能和結構的效率;而正三輪摩托車車架前十階頻率與振型量則為改善車架動態性能提供了設計依據，對降低設計成本起到了重要的作用。本文對正三輪摩托車車架的分析計算為車架設計和結構改進提供了理論依據，能大幅度縮短車架設計周期。
作者：何亞峰尹飛鴻干為民單位：常州工學院機電工程學院江蘇省數字化電化學加工重點實驗室
