青华模具培训学校

 找回密码
 注册

QQ登录

只需一步,快速开始

青华模具培训学院
查看: 2597|回复: 7

Pro/ECHANICAL在摩托车车架设计中的应用体验

[复制链接]
发表于 2009-8-6 10:14 | 显示全部楼层 |阅读模式
摩托车车架是摩托车的主要承载部件,其强度和疲劳寿命对摩托车整车来说至关重要,传统的设计方法,一般是先进行结构功能设计,再试制样机,然后进行样机的静强度试验、模态试验和动态响应试验,检验车架的静动态特性,如不能达到设计要求,需重新设计、试制样机和试验,如此循环往复,这一过程周期长,耗费大量的人力、物力和财力。不能适应当下竞争日益激烈市场要求。随着计算机技术的发展,有限元分析技术逐渐应用于设计过程中来。* \. T4 P8 E7 N, ?. R
! w; p- L" x" p- P+ N9 P1 ~
Mechanicall 作为Pro/ENGINEER的主要分析模块,集运动、结构、热力学于一体,能够进行静态、动态、疲劳、冲击等多种分析。基于Pro/ENGINEER 单一数据库的特点,Mechanicall避免了传统的分析软件与三维建模软件之间接口的问题,可以随时在设计的任何阶段方便的完成各项分析,另外 Mechanicall的集成工作模式能够直接调用建模参数进行优化分析,这是其他分析软件无法做到的。
9 V* g7 N5 w3 @* @( }+ z- T9 r7 N( W" O- N5 s
本文以有限元技术为基础,利用Pro/ENGINEER建立摩托车车架力学模型,进行静力学分析,介绍了整个分析过程,以及计算完的后处理过程,根据材料力学的原理,由分析结果对车架的结构强度进行评价,检验车架的静态特性,并对该车架的安全性进行校核。9 U# }& c/ h# }& h/ ?- p% ]

) ^9 P3 o# R1 ?; h8 |第1章车架结构及车架工作载荷
' Z0 }2 y8 `6 R4 H, q  G1.1 摩托车车架结构- `- a+ G# l9 Y# l5 T1 I
摩托车车架多数采用复杂管、板式焊接结构,是摩托车的支撑骨架,
; R. A3 m. ~2 S& c: d$ ]  d* s4 u) l1 Z( h- W
车架要有足够的强度,它要承受发动机、其他部件及乘员的重量。不同对象的车架强度是不一样的。
3 z( w# `7 y0 X* j( @
) I! M* ]6 \" V8 Z+ N车架要有足够的刚度。所谓刚度就指抵抗变形的能力,与四轮汽车相比,两轮摩托车具有更大范围的运动自由度。车架刚度低,当车辆受到冲击时车架容易变形;但车架刚度过大会在某种程度上影响系统弹性,从而影响乘员的舒适度。
" D1 _% h' j  {. d5 X1 x* ]( x( i  H3 t5 A, }: f8 D9 @1 h  C3 |- H
车架的结构尺寸要符合要求。车架有些部分是十分关键的,影响摩托车运行的平稳性。例如前立管,涉及到前叉倾角、车轮拖曳距、偏置距、两轮轴矩等尺寸问题。前叉倾角大,转向时方向把手移动的角度也就小;拖曳距大,前轮回转的扭力也就越大,车子也就觉得越稳定。但拖曳距越大转向就越重手,因此一般轻型摩托车的拖曳距在85毫米-120毫米之间。
/ |; c% |' [! j) A9 H摩托车在行驶中所产生的转向力、离心力及车子的颠簸,都会促使前立管向侧扭,为抵抗这种侧向扭力,车架常使用粗大的管梁和加强杆,从发动机两侧伸廷至前立管位置焊接。6 S* y1 @, k! v8 m9 r% p' H
# l7 ]' [$ d: m. |7 b9 p8 z$ B1 x
目前摩托车车架的形式主要分成三大类:主梁结构式车架、菱形式车架和托架式车架。
& _2 x* L+ N' C1 N. g& y9 v$ ]1 {' V8 R( [* ]. x- i& M
主梁结构式车架又称脊骨型车架,是用一根或两根主梁做脊骨的车架,这种车架多应用踏板车。
 楼主| 发表于 2009-8-6 10:15 | 显示全部楼层
菱型式车架形似钻石状,因此车架又称钻石式车架,这种车架属于空间结构形式,发动机横置
: D( _# _; d% B1 f8 f1 n
' v( X4 L' C: N0 t& B在钻石形内,作为车架的一个支承点,能增强车架的强度和刚度,道路竞赛摩托车应用较多。
: _& T; k) ]8 Q& U
1 d3 z  k& [  m: `+ t9 I# d托架式车架形似摇篮,又称摇蓝式车架,也属空间结构形式,发动机安装在摇蓝形中,由于发- B& K& B5 @% J

1 R6 g: w6 v3 h) A( o9 u' s& C动机下面有钢管支承,对发动机能起保护作用,所以许多越野车用此类车架。
% x: \9 H! L1 y. |4 r$ ~8 c- {& G9 e2 ^6 N
在本论文中讨论的车架属于菱形式车架结构,其结构如下图所示:1 O  f  ~2 a2 C. `' n
+ X8 x" g$ \% M3 m$ |; r* k- _
1.jpg $ G2 O) L% H1 }6 N! R: r
) B- b8 W: h4 y0 i* N  b( u

' z& i- L, ~9 A8 K, V. P2 ], F* s# t* `- g$ s4 H7 y7 ?

) f5 X% }# C" G9 |2 T/ F$ k图1.1 车架结构
回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2009-8-6 10:16 | 显示全部楼层
1.2 车架工作载荷6 q- x, o8 S* v, d$ c' I

  d( z& b# M& y7 _$ m由该摩托车的正常工作状况可知道,该车架在正常工作状况下载重两人,按标准质量人75Kg计
) D' a) ?3 y" e" w% g) l
7 M' j  M1 d6 ]2 L,也就是说,150Kg的质量分布在车架的坐垫导轨处,不考虑载货,其他加载在车架上的载荷为$ P/ X/ C& g5 C4 r0 C* D

/ j6 k! Y6 O  N, {0 L1 Y,加载在上梁管处的油箱和燃油的质量10Kg,悬挂在车架上的发动机重量10Kg.$ x' X, Y( {5 e  K& n
1 q: j/ e  i8 }% _1 Q
4 i, Z$ L4 Q% t+ [
, M& C6 a! h. @# h; T1 [4 u
表1.1 摩托车整体载荷参数
0 ]" r, i, S$ @: ^% E+ J6 T/ ?, e7 u# f+ S3 y" |7 C( S
2 f+ u( U2 ^, N, L0 x- i6 Y$ A+ {

  U( @( |9 u  P9 i0 w, H3 b, g9 E! p( \1 U# v% t; X! _

5 h5 X2 J/ a8 C. j3 A
% u* l' M& h: q% x+ R! h& l
) i* g& l) V' }& A& d& @* s" ~5 Y- k/ y  n! q3 d
. G4 f7 d+ M3 O7 H$ ?+ `0 \
1.5.jpg 2 Z+ b1 B1 X. {& U0 F
车架工作载荷如图所示
回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2009-8-6 10:17 | 显示全部楼层
1.5.jpg
2 V; c5 ~6 ^$ z* j6 @5 D. a* S0 d
/ T- L, ]! z, C% k8 Y/ }! M( X  o: `8 n
图1.2 车架载荷图; x) D6 K4 I+ A+ b/ B' t2 J6 b
5 P/ U$ Z/ Y: Z- w* D# {* Y
如上图示,该车架,前叉倾角26度,乘员重量均布在坐垫导轨上,燃油重量均布在上梁管处,2 ^2 E5 H! o4 N

9 ?% D  w. d: w发动机重心在后叉安装点左上(186.5,43)处。
1 {* j) O" s& g6 ~
/ b2 i; V" Z: b第2章 车架结构静力学分析
  j5 v2 h6 f" V: X2 Z: o7 b) p! k# V0 q, q2 e
2.1 车架结构静力学分析的相应处理" _; ?1 F. @" Y: P" a+ D5 j
7 Z' T' H' |; J9 P9 C6 Q. i
对车架结构的分析主要包括以下几方面的内容:
回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2009-8-6 10:19 | 显示全部楼层
.1.1单元网格划分方式
/ A. |! u1 C3 a* h+ |6 G! {$ ^
, m" P) {2 h  T, V, N" X1 Y/ g7 pPro/MECHANICALL采用适应性P-method技术,而传统的有限元软件采用非适应性H-method技术。
/ f: a! _4 _+ l: z; L5 M
8 N8 P' R2 E9 {" q" b在P-method技术中,每个有限元单元的位移方程都是高次多项式(三次以上);在H-method技8 V) V' f& n) Y; x+ @5 I6 e8 a9 \

) {1 U4 u0 ?* X" Q( n7 b4 _  u术中,每个有限元单元的位移方程则是线性方程式,二次方程式或者至多为三次方程式。非适; V- [; d/ w$ ?
" m3 A, L6 r1 B8 u6 O
应性H-method技术和适应性P-method技术在网格划分时的区别如图2.1和图2.2所示,很容易看
) g( F! B3 P% G3 x: [3 B
3 r$ [. O" ~4 x9 _出,非适应性H- method技术划出的有限元网格单元较小,数目较多,但是,与实体边界拟合的
: {. j4 p6 i/ C+ [" o1 t
7 y" F3 W- q, L* f1 h; T# G不好;适应性P-method技术划出的有限元网格单元较大,数目较少,但是与实体边界拟合得较
& F0 S3 |2 T# v4 h& D) q9 \+ p8 q7 s! A
好。1 x. [$ r8 q7 K8 b

! A( f4 s- I: C2 L1 }# w9 ?! v1 R9 q" ]! V2 A1 x$ E. [
* T( Z3 \) M' r9 `
" G- E0 N# k/ C( ~7 s  T

7 ~! N+ `, }) ~8 c# P2 L* l( v. c1 `* Q- F5 i: P

! B9 K; J* `% F6 B2 n 2.jpg
回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2009-8-6 10:20 | 显示全部楼层
车架是一个左右对称的结构,主要是由薄壁管件和薄壳板件构成,其中,前立管、下管、前加- I# U4 w/ x* z# m0 T, d: z

/ j% U7 ^& `' z# ?强管、上梁管、座垫导轨、后管、行李架和底管是薄壁管件,前加强板、后减震器安装耳是薄
2 [7 R8 `9 j* Q2 {0 |- D# B' s
6 h' t, O+ ?$ W$ S# D壳板件,座垫导轨部分的框架结构为主要承载部件。以往的分析方法中,多采用梁单元或者薄' F- m$ a. {/ Y4 U* s

' Z: n# a5 d* P0 `3 q壳单元对模型进行等效简化,这种等效或者简化会造成计算结果的精度较差。在计算机配置允
+ d, I& s$ W/ \6 R3 q1 h! Y" R5 y
许的情况下本分析未对车架模型进行简化,直接采用自动网格划分的方式,在对自动网格划分7 J! [" L: w4 e1 p0 x! l
6 N1 a2 L4 k1 i+ H" J5 \# S
的设置中将solid单元设置为tetra(四面体)单元。
回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2009-8-6 10:20 | 显示全部楼层
2.1.2 发动机的处理/ r9 f' c- C$ V6 ]) j
; @" t4 _# L2 ^) m# B5 i  ^
摩托车的发动机一般与车架刚性连接在一起,发动机本身是一个刚性很大的部件,安装发动机" a2 D* R. |5 m
/ G% E1 b0 B# Q4 E* g& k
后在实际中对车架前半部的刚度和强度都有大幅度的提高作用,所以分析车架时,必须考虑发
9 G) I& y/ }& l1 T0 ?2 s0 j5 H  M2 Y; b- j/ V  n+ M3 h/ t
动机的影响。在本分析中把发动机简化成一个质量单元(mass),质量为10Kg,位于发动机重心3 T! f5 X$ L) I+ B, {

; h3 f: z; _1 W3 }, w) S; e位置,它与车架的连接用弹性模量高过正常材料1000倍的刚性无质量梁单元(Beam)来处理。
回复 支持 反对

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2009-8-6 10:21 | 显示全部楼层
2.1.3 减震器的处理& E8 ~8 b9 c1 G  r/ T# w
/ z; H" N6 m8 O- ]. D$ }9 T6 ~. K3 n7 D
车架是通过前后减震、后平叉和车轮支撑在路面上的,为提高车架模型的分析精度,需要考虑( Z3 P7 x/ ^: Z. U3 |

1 h/ t# N9 X& u+ I前后减震、后平叉及车轮的弹性变形。因为后平叉及车轮的刚度较大,近似的作为刚性处理,
7 g4 ?) `9 P" d0 W7 o6 B2 s! Z3 d* n* K# ?1 @
对计算精度影响不大。建立弹性模量高过正常材料1000倍的刚性无质量梁单元(Beam)模拟后
) F4 o( k0 X7 N5 C7 u8 {6 h
: }. P  ?% ]) g* K0 [- c* w$ i平叉,并将后轮轴心处的自由度完全约束,在后减震安装耳和后平叉之间建立弹簧单元模拟后
" L( X8 b5 N% }. B& j5 V7 I9 ?+ N1 p; P- @# i3 U5 m% }' u2 z
减震器。在前立管和前轮轴心之间建立弹簧单元模拟前减震器,将前轮轴心处的自由度完全约8 Y( `  u( i: ^. y! r, S; e

% j3 n, u' d# |8 x束,在前立管上下端面建立约束,仅保留沿前立管轴线方向的平移自由度,以模拟车架静载荷0 X0 A* C6 n5 E! g! m7 x  Z' `$ h, d

1 L" d1 w5 R" q5 W. P工况下的实际约束。
回复 支持 反对

使用道具 举报

您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

QQ|关于我们|sitemap|小黑屋|Archiver|手机版|UG网-UG技术论坛-青华数控模具培训学校 ( 粤ICP备15108561号 )

GMT+8, 2025-6-10 18:57 , Processed in 0.102124 second(s), 28 queries .

Powered by Discuz! X3.5 Licensed

© 2001-2024 Discuz! Team.

快速回复 返回顶部 返回列表