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

1正三輪摩托車車架工況及邊界處理

a．車架彎曲工況。主要考慮正三輪摩托車滿載狀態(tài)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(guī)定最大制動加速度制動時，地面制動力對車架的影響。根據(jù)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(shù);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(zhuǎn)彎工況。主要考慮正三輪摩托車以安全轉(zhuǎn)彎速度行駛時慣性力對車架的影響。根據(jù)正三輪摩托車安全轉(zhuǎn)彎半徑的測量方法，獲得該車的轉(zhuǎn)彎半徑為3130mm;根據(jù)正三輪摩托車安全轉(zhuǎn)彎速度規(guī)定，正三輪摩托車安全轉(zhuǎn)彎速度為10km/h，根據(jù)公式v=rω，可得轉(zhuǎn)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(zhuǎn)彎方向上施加轉(zhuǎn)彎角速度為0．8875rad/s。d．車架扭轉(zhuǎn)工況。主要考慮將一側(cè)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(jié)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(jīng)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(jié)構(gòu)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(jīng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)工況下車架變形的狀況。

3三輪摩托車車架模態(tài)分析

正三輪摩托車大多使用在鄉(xiāng)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(jīng)過有限元計算的正三輪摩托車車架模態(tài)分析結(jié)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(jīng)過有限元計算的正三輪摩托車車架模態(tài)分析結(jié)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(shù)據(jù)可為車架結(jié)構(gòu)設計和測試提供理論依據(jù)。

4結(jié)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(jié)果，能提高評估車架性能和結(jié)構(gòu)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(tài)性能提供了設計依據(jù)，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(jié)構(gòu)改進提供了理論依據(jù)，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(shù)字化電化學加工重點實驗室