某型摩托车车架CAE分析报告

某型摩托车车架CAE分析报告

重庆现代摩托车研究所

摩托车车架可靠性分析

前言

车架是整个摩托车的基体。作为摩托车的骨架，车架由多种管材及板材焊接而成，具有复杂的空间结构，它不仅支承、连接了摩托车的各零部件，还承受了摩托车本身和外在的各种载荷。在摩托车行驶时，路况复杂多变，使车架不时处于扭转、弯曲之中，并改变车架上各零件的相对位置，使车内的受力发生变化。因此，要使车架结构不影响使用，要求车架本身一方面具有高强度和合适的刚度，另一方面尽量减轻质量，这一切使其受力分析工作复杂而烦乱。从设计摩托车出发，作为摩托车车架的全面分析，不仅需要了解车架的质量、转动惯量、加载点、量等基本情况，还需了解诸如车架各阶固频、振型和车架材料选用等信息。在本次分析中，从材料的使用方面出发进行摩托车车架分析，校核材料的使用对车架受力性能的影响，为设计优化提供参考。

车架强度是车架设计中要考虑的首要问题，关系到车架的安全。在摩托车车架分析中，采用三维实体、通过有限元分析模拟车架使用状况，着重关注应力的分布和大小。为适应计算机的计算能力，所建立的模型对车架作了如下简化处理：

a模型处理上，省略外挂零件，突出车架本身骨架及其加强部分；

b加载上，力（含骑乘者与整车重量）与力矩转移到车架重心附近（取中间支撑为对象）；

c约束上，前减振器支撑点转移到转向柱上，后减振器支撑点转移到尾梁支承及摆臂枢轴孔上。

如下图1：

图1 约束位置

图2 平路行驶应力云图（普钢、不带边轮）

1．典型工况摩托车车架应力

在对摩托车车架的分析中，分别对摩托车选取平路行驶、刹车、启动（0加速）、转弯（带边轮）等几种典型工况进行分析。为方便比较分析结果，将分析分为带边轮与不带边轮两种情况。带边轮的情况以力转移的方式，将载荷加在车架上进行处理。刹车时，假设后轮（及边轮）刚好离开地面，惯性力矩与重力矩平衡，摩托车车身没有偏转；启动时，假设前轮刚离开地面，加上向后的惯性力矩，摩托车车身没有偏转。

其中，使用普通钢材与高强度钢对于应力分布没有非常明显的影响，如图2、图3：

图3 平路行驶应力云图（特钢、不带边轮）

不考虑边轮的情况下，几种工况的应力云图：图4~图6。

表1 分析数据汇总表（不带边轮）

序号

分析

材料

应力（Mpa）应变

文字叙述最大最小最大最小

1 工况描述平稳行驶，车重240kg、载重160kg，固定前后三处

原选钢种9.394e+001 1.661e-003 3.898e-004 6.891e-009 车架上部方管与尾梁

建议钢种9.401e+001 1.679e-003 3.955e-004 7.062e-009 连接处出现极限值

2 工况描述

50km/h初速刹车，车重240kg、载重160kg，惯性力向前1760N，作用在上支撑

梁上，固定前柱

原选钢种 4.943e+002 2.617e-003 2.051e-003 1.086e-008 方管弯曲处及转向柱

支架受力较大

建议钢种 4.903e+002 2.633e-003 2.063e-003 1.108e-008

3 工况描述

100km/h初速刹车，车重240kg、载重160kg，惯性力向前2352N，作用在上支

撑梁上，固定前柱

原选钢种 5.100e+002 3.111e-003 2.116e-003 1.291e-008 方管弯曲处及转向柱

支架受力较大

建议钢种 5.057e+002 3.099e-003 2.128e-003 1.304e-008

4 工况描述

0初速启动，车重240kg、载重160kg，惯性力向后500N，惯性力矩反时针312.5N.m

作用在上支撑梁上，固定后两点

原选钢种9.483e+001 1.694e-003 3.935e-004 7.030e-009 车架上部方管与尾梁

连接处出现极限值

建议钢种9.490e+001 1.710e-003 3.993e-004 7.196e-009

（1）应力总体反映

（2）大应力区域

图4 刹车应力云图（50km/h初速）

（1）应力总体反映

（2）大应力区域

图5 刹车应力云图（100km/h初速）图6 启动应力云图（0加速）

考虑边轮的情况下，几种情况的应力云图：图7 ~图12

图7 平路行驶应力云图

（1）应力总体反映

（2）大应力区域

图8 刹车应力云图（50km/h初速）（1）应力总体反映

（2）大应力区域

图9 刹车应力云图（100km/h初速）图10 启动应力云图（0加速）

图11刹车应力云图（30km/h）

图12 转弯应力云图

表2 分析数据汇总表（带边轮）

序号

分析

材料

应力（Mpa）应变

文字叙述最大最小最大最小

1 工况描述

平稳行驶，车重360kg、载重240kg，向斗一侧力矩1078N.m，作用在上支撑

梁上，固定前后三处

原选钢种 3.435e+001 2.827e-003 1.425e-004 1.173e-008 车架上部方管与尾梁

连接处出现极限值

建议钢种 3.398e+001 2.981e-003 1.430e-004 1.254e-008

2 工况

描述

50km/h初速刹车，车重360kg、载重240kg，惯性力向前2640N，向斗一侧力

矩1078N.m，作用在上支撑梁上，固定前柱

原选钢种7.415e+002 3.931e-003 3.077e-003 1.631e-008 方管弯曲处及转向柱

支架σ受力较大

建议钢种7.354e+002 3.955e-003 3.094e-003 1.664e-008

3 工况描述

100km/h初速刹车，车重360kg、载重240kg，惯性力向前3528N，向斗一侧

力矩1078N.m，作用在上支撑梁上，固定前柱

原选钢种7.650e+002 4.673e-003 3.174e-003 1.939e-008 方管弯曲处及转向柱

支架受力较大

建议钢种7.586e+002 4.654e-003 3.192e-003 1.958e-008

4 工况描述0初速启动，车重360kg、载重240kg，惯性力向后750N，惯性力矩反时针244.5N.m，向斗一侧力矩1078N.m，作用在上支撑梁上，固定后两点