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車架是摩托車的骨架，它將發(fā)動機(jī)及變速傳動總成，與轉(zhuǎn)向裝置、懸掛裝置、車輪等連接成一個整體。車架上不但要安裝發(fā)動機(jī)和其它零部件，行使時還要承受發(fā)動機(jī)、載重和道路等外部激勵的作用，是一個結(jié)構(gòu)復(fù)雜、受力情況復(fù)雜的組合部件，其結(jié)構(gòu)的合理性關(guān)系到車輛行使過程的舒適性，其可靠性關(guān)系到整車能否正常運(yùn)行，甚至關(guān)系到人的生命安全。
設(shè)計(jì)過程中不但要求車架具有振動小、噪聲低、抗彎曲和扭轉(zhuǎn)能力，同時為了減輕整車的質(zhì)量，還需在安全允許的范圍內(nèi)盡量減輕車架的質(zhì)量。要同時滿足所有這些要求，以往通常采用的經(jīng)驗(yàn)與類比的設(shè)計(jì)方法不僅設(shè)計(jì)周期長、計(jì)算量大、費(fèi)用高，而且結(jié)果的可靠性還不高。
有限元分析作為一種現(xiàn)代化的數(shù)值分析方法和工程分析手段，一般分為三個階段：一是建立某一設(shè)計(jì)產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)分析模型；二是用計(jì)算機(jī)對該模型進(jìn)行計(jì)算分析；三是分析計(jì)算結(jié)果，驗(yàn)證計(jì)算方案并確立設(shè)計(jì)修改方案。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，在摩托車開發(fā)中采用有限元分析方法，可以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期，通過建立基本的計(jì)算機(jī)分析模型，對所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行強(qiáng)度、舒適性、疲勞壽命等特性預(yù)測，從而指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)指標(biāo)得到保證，有效地提高設(shè)計(jì)產(chǎn)品的可靠性，縮短設(shè)計(jì)周期，設(shè)計(jì)制造的整車在穩(wěn)定性、可靠性、舒適性方面有明顯優(yōu)勢。本文應(yīng)用有限元分析計(jì)算軟件對摩托車車架進(jìn)行了靜強(qiáng)度分析，提出了車架結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案，并進(jìn)行了計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)在摩托車領(lǐng)域的應(yīng)用分析，可作為摩托車實(shí)際設(shè)計(jì)制造的理論參考。
根據(jù)摩托車騎行過程的實(shí)際情況(摩托車前后輪同時著地，前后輪軸心線互相平行)和摩托車車架結(jié)構(gòu)和尺寸建立車架幾何模型，忽略車架結(jié)構(gòu)中的不受力的薄壁懸臂梁件，不考慮發(fā)動機(jī)、減振器、油箱、車座及后貨架的具體形狀以及摩托車外覆蓋件的影響，在結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度分析過程中建立了車架的三維實(shí)體模型，改進(jìn)前后的車架幾何模型如圖所示。
對實(shí)體幾何模型劃分網(wǎng)格，為保證結(jié)果的可靠性、準(zhǔn)確性，分析采用二次實(shí)體單元，材料為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235，屈服強(qiáng)度235 MPa，彈性模量E=210 GPa，泊松比0.3，密度P=7820 kg/m3，發(fā)動機(jī)質(zhì)心通過吊掛方式測出，前后減振器彈簧剛度特性參照基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，改進(jìn)前后車架有限元模型如圖所示。
以上有限元模型單元為10節(jié)點(diǎn)四面體單元，改進(jìn)前車架單元數(shù)目為165909個，節(jié)點(diǎn)數(shù)目為331945個；改進(jìn)后車架單元數(shù)目為163759個，節(jié)點(diǎn)數(shù)目為327558個。靜強(qiáng)度分析邊界條件為：前輪可繞前輪中心軸轉(zhuǎn)動，后輪可以繞后輪中心軸轉(zhuǎn)動，同時可以在地面上前后移動，搖架可以繞其兩端固定點(diǎn)(后叉連接板和后輪中心軸)轉(zhuǎn)動。駕駛員腳踏處、后乘員腳踏處、油箱兩個支撐和坐墊三個支撐處的載荷分別定義，總載荷為150 kg，后貨架連同貨物重量為6 kg。重力加速度g取9.806 m/s2，計(jì)算得各處載荷大小：N1=236.4 N，N2=311.2 N，N3=71.2 N，N4=43.6 N，Ns=235.4 N，N6=310.5 N，N7=382.5 N。車架受力位置示意如圖所示。
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