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1、微型电动车车架结构分析与优化设计第18卷第6期2010年11月河南机电高等专科学校JournalofHenanMechanicalandElectricalEngineeringCollegeV0I.I8N2.6NOV.2O10微型电动车车架结构分析与优化设计’赵向阳，苏晨(河南机电高等专科学校汽车工程系，河南新乡453000)摘要:汽车车架作为汽车联结各种零部件的基体，承载着来自路面和其他部件的各种复杂载荷的作用，其刚度与强度对汽车整体设计起到重要作用.对车架进行改型设计是产品优化改进的一个重要部分•文章基于三维设计软件UG和有限元分析软件Ansys,对微型电动车车架结构性能进行
2、了分析，并在满足强度和刚度的条件下，对车架结构进行了优化设计,开发出一种适合各种路面行驶的新型电动车车架结构.关键词:微型电动车;车架;结构分析;优化屮图分类号:U463.32文献标识码:A文章编号:1008—2093(2010)06—0017一031引言优化设计作为一门新兴技术在现代汽车设计中得到了广泛的应用.最优化是现代工程产品设计的目标••J.根据性能需要合理地选择方案，以获得最佳效果•通常情况下设计吋为了保证汽车的安全性，车架的设计刚度强度都远远大于安全规定•虽然保证了安全性，却带来了油耗增加，噪音变大，厂家耗材多等一系列问题J.本文主要介绍微型电动车车架的优化设计.整个四
3、轮驱动微型电动车的设计，分析与优化是基于三维设计软件UG和有限元分析软件An-sys进行的•车架设计采用了适合于电动车承载特点的双层车架，分析了车架的静态强度和刚度,并在满足强度和刚度的条件下对车架结构进行了优化设计，开发出一种适合各种路而行驶的新型电动车车架结构,目的是在保证汽车安全性能的同时进一步减轻车架质重.2微型电动车车架结构2」车架布置与结构设计整个四轮驱动微型电动车的车架结构及动力系统布置方案如图1所示.图1车架结构及动力系统布置方案根据纵梁的结构特点，车架可以分为周边式,x形式，梯形，脊梁式和综合式儿种•其中梯形车架又称为边梁式车架，是比较常用的一种车架j.为保证四轮
4、驱动轿车和悬架的空间尺寸要求,车架采用空间脊梁式结构•这种结构保证了车架具有较大的扭转刚度，又容许车轮有较大的跳动空间•四根肓杆成梯形状排列,以满足双横臂独立悬架上下横臂不等长的要求.在车架中部拓展出双层的框架结构，用于支撑车身部件及动力系统总成.该车采用双横臂扭杆弹簧悬架•弹簧悬架布置在车架上平面，与双横臂独立悬架的较短的上横臂相连,可以减少其传给车架的集中载荷.车架材料为异形钢管型材,成本低，加工方便.初选异形钢管型材尺寸30mmx30mmX1.5mm,在悬架连接处为40m/nX40mmX2mm.2.2车架结构分析根据车架的几何特点，利用Ansys软件的梁单元建立车架模型，此模
5、型有758个节点,817个单元，如图2所示.图2微型电动车车架有限元模型+收稿日期:2010—10.19作者简介:赵向阳（1981一），男，河南洛阳人，助教，主要从事汽车电子和检测技术研究.17河南机电高等专科学校2010年6期扭杆弹簧有结构紧凑，单元质量储能大,非簧载质量小，便于调节的特点，因此在汽车上有很大的应用前景J.对于釆用扭杆弹簧作为悬架弹性件的车架，车架模型的加载及约束处理与其他悬架形式的模拟方法不同•分析上，下横臂的安装方式和扭杆弹簧传力特点可以发现:由于扭杆弹簧装于上横臂，地面垂直反力通过车轮，上横臂转变成扭矩传到扭杆弹簧•该扭矩由安装于车架的扭杆弹簧另一端的调节臂
6、来平衡•因此，车架不但在悬架上横臂处承受垂直方向的作用力，而且在扭杆弹簧调节臂两端也承受垂直方向的作用力.车架弯曲和弯扭组合工况的约束如表1所示.考虑座椅和乘客载荷，并考虑动载系数2.5,车架两种工况载荷和约束分别如图3,4所示.表1车架弯曲和弯扭组合工况的约束图3弯曲工况载荷分布图图4弯扭组合工况载荷分布图车架弯曲和弯扭工况结构分析结果如图5,6所示•由图中可知，弯曲工况的最大应力发生在车架中部的扭杆弹簧平衡臂的内安装点处，最大应力约为126MPa.此处除了安装有电池之外，还有扭杆弹簧的作用，载荷较集屮•扭转工况由于右后轮悬空，应力集中在后悬架下横臂后支点处最大应力约为148MP
7、a.所选车架异形钢管材料为Q235,其屈服强度为235MPa.可见,初步设计车架方案是满足强度要求的;但车架总重量约为55kg,为达到车架轻量化的要求,应该在考虑强度和刚度的同时进行车架结构优化设计.18图5弯曲工况应力分布图图6弯扭组合工况应力分布图3微型电动车车架优化设计3」优化设计参数1)设计变量(DV):即自变量.ANSYSV7.0优化模块中允许定义不超过60个设计变量•设计变量取为车架异形钢管的截面尺寸参数的宽度和高度值•为避免产生二异性，不把截面厚度作为设
