电动自行车车架及前叉组合件振动强度数据化分析
电动自行车车架及前叉组合件振动强度数据化分析
摘要 此文介绍了对不同结构的电动自行车架及前叉组合件进行振动强度的试验，并对试验结果进行讨论及分析。
关键词 电动自行车；车架及前叉组合件；振动强度
电动自行车车架及前叉组合件是构成电动自行车基本构造的主要零部件，其承受了來自骑行过程和道路组合而成的冲击载荷，是涉及电动自行车骑行安全最为关键的受力组合件。车架及前叉组合件的强度在很大程度上决定了整车的强度，其设计和制造直接影响到骑行的安全，因此根据 QB 1880-1993 标准规定对车架及前叉组合件进行振动强度试验是非常必要的。
1 标准试验
要求通过车架及前叉组合件振动试验可以测定产品是否符合疲劳强度的要求 （ 将车架前叉组合件按图 1 规定的要求，安装在专用振动试验机上进行垂直上、下振动试验，在规定的振动次数内，车架各部位不得有破损、明显变形或松动 ）。根据 QB 1880-1993 标准规定，分别在车架及前叉组合件的前管处、鞍座处、中轴处施力[1]。按照标准要求进行带鞍管及无鞍管的组合件试验，安装图分别如图 2 和图 3 所示：
2 试验结果及分析
根据QB1880-1993标准要求，对3种不同结构的电动自行车车架/前叉组合件进行振动强度试验，试验情况如下：
2.1 带鞍管组合件
破坏现象：经5万次振动试验后，检查发现车架立管与中接头连接处焊缝开裂。
原因分析：该车架立管与中接头采用直接对焊方式焊接，没有连接立管、中接头和车架下管的加强板或加强筋，此焊接方式导致立管轴向抗拉和绕中接头圆周方向抗扭矩强度下降，而在车体整体受力的情况下，该区域又是应力集中区。
改进方案：组合件在投入生产前应对结构设计进行评价，以及强度和刚度的确认。针对开裂情况，该组合件可在中接头处增加连接立管、中接头和车架下管的加强筋。加强筋需在立管与中接头焊接完成后再施焊[2]。
2.2 带鞍管组合件（带后避震器，如图4所示）
破坏现象：经10万次振动试验后，检查发现后避震器变形，避震器支柱与
减震弹簧相碰撞并出现磨损现象。
原因分析：电动自行车在骑行过程中，避震器的作用是传递路面对车身的各种反力，缓和车身冲击并减弱车身振动。此次试验按照标准要求加载在鞍管处的载荷为 490 N，通过观察避震器的安装位置，其放置在车架“后三角”鞍座下部。拆解损坏的避震器后，发现避震器回位不良，内部导轨已变形，导致支柱与弹簧的同轴度发生了偏移，致使避震器支柱与减震弹簧相碰撞并出现磨损现象。
改进方案：
（1）在选配避震器时应根据整车设计的载重量选取阻尼相适应的避震器，同时在避震器批量安装前应对样品进行抽样检验，以确保其回位、导向性能及可靠性满足设计及使用要求。
（2）在设计时应充分考虑避震器的安装位置，该避震器安装在立叉上，开档略呈小“八”字形，其可能也是造成避震器损坏的原因之一，因此应对结构设计进行修正（尽量采用平行对称安装），防止阻尼特性的空程和畸变，充分发挥其减震性能。
2.3 无鞍管组合件（上述图3所示结构）
破坏现象：经 10 万次振动试验后，发现车架主管与侧管连接处的焊缝出现轻微裂纹，未发生断裂现象（如图 5 所示），观察连接处的断裂面表层焊缝不均匀，存在虚焊可能。
原因分析：无鞍管的电动自行车车架，其主管、侧管及横管是整车骑行时主要的受力部位，容易出现高危险区与管轴线相垂直的截面或截面的某一点出现应力集中。该部位的结构设计、管壁厚度、焊接工艺都直接影响其整体强度及使用寿命。
改进方案：
（1）主管和侧管连接时，主管必须延伸到左右侧管的中间，并以横管与侧管相连，形成三角形结构。侧管尽量采用折弯后再同主管连接的方式，必要时可对该部位结构做调整，即在主管和侧管的基础上增加2根加强管，如图 6 虚线位置。
（2）在保证管壁材料及管壁厚度满足使用要求的前提下，车架主要部位焊接可采用 CO2保护焊或氯弧焊。焊接应饱满，无夹渣、烧穿、漏焊、缺焊和明显的焊瘤，飞溅清理干净，熔深不小于材料厚度的 1/2，同时应注意焊接长度并尽量采用对称焊接的形式[3]。
3 结束语
组合件振动强度试验只是模拟骑行过程中的某一固定振动工况，其振动频率及振幅在试验前已设定（试验过程中一般不做调整）。而实际骑行过程当中，整个车体的振动频率及振幅都是在不断变化的，因此组合件出现破坏的形式也是多样化的。导致破坏的原因是由多方面因素综合而成，构成组合件的材料质量、管壁厚度和焊接工艺、结构设计等，对组合件的整体强度及寿命都有较大影响。提高组合件的强度除了需在材料方面加以改进，更主要的是要从结构设计和工艺方面进行探讨并通过试验加以验证。
参考文献
[1] 叶震涛.电动自行车前叉浅谈[J].中国自行车，2007，（12）：42-43.
[2] 曹力英，许顺利，王万军.谈电动自行车车架振动试验的断裂现象[J].中国自行车，2011，（7）：56-59.
[3] 李进.电动自行车车架失效分析及改进方案[J].电动自行车，2011，（4）：47-48.
电动自行车车架的设计与优化方法综述
电动自行车车架的设计与优化方法综述
概述：
随着环境保护意识的增强和交通工具需求的变化，电动自行车作为一种绿色、便捷的交通工具逐渐成为人们生活中常见的代步方式。电动自行车车架作为其核心部件之一，具有承载电池、电机和骑行者的重要职责。本文将对电动自行车车架设计与优化方法进行综述，重点介绍结构材料的选择、刚度及强度分析、形状优化等方面的内容。
1. 结构材料的选择
电动自行车车架的设计材料选择对车架的质量、刚度和强度等方面至关重要。常见的车架材料包括铝合金、钢材料、碳纤维和镁合金等。铝合金是目前最常用的车架材料，具有良好的强度和刚度，同时重量较轻；钢材料具有良好的强度和耐久性，但较重；碳纤维车架重量轻、刚度高，但成本较高；镁合金车架具有良好的强度和刚度，但制造难度较大。因此，在选择车架材料时，需要考虑成本、重量、强度和刚度等因素，并根据实际需求进行权衡选择。
2. 刚度及强度分析
刚度和强度是影响车架性能的重要指标。刚度指的是车架在外力作用下产生形变的能力，而强度则是指车架在承受载荷时不发生破坏的能力。为了保证车架的刚度和强度满足要求，可以采用有限元分析等方法进行仿真计算和优化设计。通过对车架进行力学分析，可以确定各个部位的受力情况，并在设计阶段进行必要的结构调整和加强，以提高车架的刚性和强度。
3. 形状优化
形状优化是指通过对车架的几何形状进行优化设计，以减轻车架重量、提高刚度和降低空气阻力等。常见的形状优化方法包括拓扑优化、几何参数优化和材料分布优化等。拓扑优化是通过改变车架的结构形状和连接方式，来减轻车架重量并提高刚度和强度。几何参数优化是通过改变车架的几何参数，例如截面形状和连接件的尺寸等，来优化车架的性能。材料分布优化是通过在车架内部的材料分布上进行优化设计，以减轻重量、增加刚度和提高强度等。
4. 制造工艺优化
电动自行车车架的制造工艺对于车架的质量和性能同样重要。制造工艺优化包括制造工艺选择、焊接方式和工艺参数等方面。不同的制造工艺会对车架的性能产生不同的影响，因此在设计时需要考虑到可行的制造工艺，并优化工艺参数以提高生产效率和产品质量。
电动自行车车架刚度与强度优化的设计方法
电动自行车车架刚度与强度优化的设计方法
概述：
电动自行车作为一种环保、经济、便捷的交通工具，越来越受到人们的青睐。而对于电动自行车的车架设计来说，提高车架的刚度和强度是非常重要的，既能提高行驶的稳定性，又能保证骑行安全。本文将介绍电动自行车车架刚度与强度优化的设计方法。
1. 材料选择与优化：
在设计电动自行车车架时，选择和优化材料的强度是关键。常见的材料选择包括钢、铝合金和碳纤维等。钢材具有较好的强度和刚度，适用于提高车架的强度和刚度。铝合金具有较低的密度和较高的强度，适用于减轻车架重量。碳纤维具有较高的比强度和刚度，但价格较高，适用于高端电动自行车。根据电动自行车的使用情况和预算，合理选择材料，并进行材料优化，以达到最佳的刚度和强度。
2. 结构设计与改进：
除了材料的选择外，结构设计也是提高电动自行车车架刚度和强度的重要因素。以下是一些常见的结构设计和改进方法：
（1）三角形结构设计：三角形结构具有较高的刚度和强度，可有效抵抗外部力的影响。在电动自行车车架的设计中，加入三角形结构可以提高车架整体的刚度和强度。例如，在车架的关键部位加入三角形支撑结构，可以有效增加刚度和强度。
（2）管壁加厚：将车架管壁进行加厚可以提高车架的刚度和强度。通过增加管壁的厚度，可以有效阻止车架在受力时的形变，提高整体的刚度和强度。
（3）加强关键部位：电动自行车车架的关键部位是容易受到力的影响的部位，例如连接部位和转向管。加强这些关键部位，增加材料和结构的强度，可以有效提高整体刚度和强度。 （4）应力分析：在车架设计过程中，进行应力分析是非常重要的。通过有限元分析等方法，可以评估车架在受力时的强度和刚度情况，从而优化设计。在应力分析的基础上，对车架的刚度和强度进行优化，使其在承受外部力时具有更好的性能。
3. 基于仿真的优化设计：
随着计算机仿真技术的发展，基于仿真的优化设计成为了一种高效且经济的方法。在电动自行车车架设计中，可以使用有限元分析软件等工具进行仿真，通过对车架的刚度和强度进行模拟和分析，找到改进的方向和方法，并进行多次迭代，最终得到满足设计需求的优化方案。这种基于仿真的优化设计方法可以减少试错成本和理论分析时间，提高设计效率。
电动自行车车架的设计原则与技术要求探究
电动自行车车架的设计原则与技术要求探究
近年来，随着环保意识的提高和出行方式的多样化，电动自行车逐渐成为城市居民和短途出行者的首选交通工具。然而，在设计电动自行车时，车架的设计原则和技术要求成为至关重要的考虑因素。本文将探讨电动自行车车架的设计原则与技术要求，帮助设计师和制造商更好地了解和应用于电动自行车的车架设计中。
1. 强度与刚度
电动自行车的车架是整车的基础结构，必须能够承受来自地面、悬挂系统、传动系统等方面的各种载荷。设计师应该根据车辆的使用情况确定合适的强度和刚度要求，以确保车架在正常使用条件下不会发生变形或破裂。同时，车架的刚度也是影响车辆操控性能和悬挂系统响应的重要因素，设计师需要在保证强度的前提下追求较高的刚度。
2. 重量与材料选择
电动自行车的车架重量对整车的续航能力、操控性能和用户体验都有重要影响。因此，在车架设计中应该兼顾强度和重量之间的平衡。选择适当的材料是实现这一目标的关键。常见的车架材料包括铝合金、钢、碳纤维等。铝合金具有良好的强度和刚度，相对较轻，是常用的选择；钢材可提供更高的刚度和耐冲击性，但重量相对较重；碳纤维具有极佳的强度和轻量化特性，但价格昂贵。根据不同的应用需求和预算考虑，设计师需要综合考虑这些因素进行材料选择。
3. 减震与舒适性
电动自行车在行驶过程中会受到来自地面的震动和不平路面的冲击，给用户带来不舒适的骑行感受。车架的设计可以通过减震系统来提供更好的骑行体验。减震系统通常包括前叉和后避震器，在电动自行车设计中要对其进行合理的设计和调整，以提高车辆的稳定性和舒适性。同时，车架本身的减震性能也应该得到注意，通过选材和结构设计等方式来减少对骑行者的不良影响。 4. 接口与组装
在电动自行车的生产过程中，车架需要与其他零部件进行组装。因此，设计师需要考虑到车架的接口设计，以确保零部件的连接牢固、紧密，不会出现偏位或螺丝松动等问题。合理的接口设计还有助于后期维修和更换零部件的便利性。此外，车架的设计也应该兼顾组装过程的简便性和工艺的可行性，以提高生产效率和降低成本。
电动自行车车架的刚性与稳定性分析
电动自行车车架的刚性与稳定性分析
随着人们对环境保护和交通工具效能的关注日益增加，电动自行车作为一种环保、便捷的交通工具，受到了越来越多的关注和使用。在电动自行车的设计和制造过程中，车架的刚性和稳定性是至关重要的因素。本文将对电动自行车车架的刚性和稳定性进行深入分析。
一、刚性分析
刚性是指物体在受力作用下抵抗变形的能力。在电动自行车的设计中，车架的刚性直接影响着整车的稳定性和骑行舒适性。一个刚性良好的车架能够确保车身在行驶过程中不易发生变形和摇晃，保证骑行的稳定性和安全性。
1. 材料选择
车架的刚性首先与材料的选择有关。常见的车架材料包括铝合金、碳纤维和钢材。铝合金具有较高的强度和刚性，重量相对较轻，适合制造轻便的车架。碳纤维具有优良的刚性和抗拉强度，重量更轻，但也价格较高。钢材则相对较重，但具有很高的强度和刚性。根据电动自行车的使用需求和成本考量，选取合适的材料对于确保车架刚性非常重要。
2. 结构设计
除了材料的选择，车架的结构设计也是影响刚性的重要因素。在电动自行车的车架设计中，常见的结构形式有三角形结构和单管结构。三角形结构由三根管子组成，形成一个稳定的三角形框架，能够有效地分散力量，提高车架的刚性和稳定性。而单管结构，则只由一根管子构成，其刚性较弱，容易发生变形和扭曲。
为了进一步提高车架的刚性，可以在设计中增加螺栓和焊缝等连接方式。螺栓连接方式能够确保车架的刚性和稳定性，同时方便拆卸和更换零部件。焊接连接方式则可以提高车架的整体强度，降低材料损失和结构变形的风险。 二、稳定性分析
稳定性是指物体在外界干扰作用下保持平衡的能力。在电动自行车的设计中，稳定性的好坏直接影响着骑行的安全性和操控性。
1. 重心设计
重心的位置是影响整车稳定性的关键。如果重心过高，容易发生侧翻；如果重心过低，容易失去平衡。在电动自行车的设计中，通过合理布置电动系统和电池等重要组件，可以调整车身的重心，提高整车的稳定性。同时，合适的车轮尺寸和胎压也可以对稳定性产生影响。
如何挑选适合自己的电动自行车——电动自行车对比实验报告
如何挑选适合自己的电动自行车——电动自行车对比实验报告
张琪
【摘 要】对两款电动自行车进行了对比试验。基于对比试验数据,为读者讲解电动自行车的各项数据指标的含义,如何通过解读数字来判断电动自行车的安全性、动力性、操控性、耗电经济性等性能,从而挑选到适合自己的车辆。此外,还为电动自行车消费者提出了多项产品安全和道路行驶安全的建议。
【期刊名称】《电动自行车》
【年(卷),期】2012(000)010
【总页数】4页(P45-48)
【关键词】电动自行车;安全性;动力性;操控性;维护建议
【作 者】张琪
【作者单位】不详
【正文语种】中 文
【中图分类】U484
随着化石能源的日益紧缺，交通状况日渐恶化等问题越来越严重，电动自行车以其环保快捷省力的特点，越来越受到人们的青睐。更多人开始考虑并接受了电动自行车作为自己的日常交通工具。那么，怎样才能挑选到一款安全可靠并且适合自己的电动自行车呢？为此，中德消费者保护和产品安全项目委托德国TüVRheinland作为独立的第三方检测认证机构，在市面上挑选了两台同样是国产，并且具有同等价位、相同制造水准和相似配置的电动自行车，依据现行国家标准进行比对测试。该文将以两款通过中华人民共和国国家标准GB17761-1999（以下简称国家标准）测试的电动自行车为例，介绍电动自行车安全、质量、性能等方面的对比数据，帮助读者更理性地认识和挑选自己心仪的产品。
以下是我们将要对比的两款电动自行车A和B的基本参数：
电动自行车A：产地江苏昆山，轮径20寸，车重29 kg，电池容量10.5 Ah，最高车速14.3 km/h，无变速，官方指导售价2580元。
电动自行车B：产地江苏苏州，轮径20寸，车重26 kg，电池容量12 Ah，最高车速18.85 km/h，无变速，官方指导售价2400元。
有过购买汽车经历的读者一定知道，买车要考虑到汽车的动力性、安全性、操控性、配置水平以及燃油经济性等各项因素。而电动自行车（以下简称电动车）看似简单，其实其中的学问也不小，也要对各项因素综合考量，进行挑选。现在我们将一一向您说明。
有限元分析强度分析(自行车车架力学实验关键承力结构)
有限元分析强度分析(自行车车架力学实验关键承力结构)
机械1202 马也 3120301052
引言：自行车的车身主要有前车架和后车车架组成，为了对已经制造出来的自行车进行承受能力实验，设计师专门针对这个分析设计了一套夹具(工装)，以便于自行车车架受力试验的进行。试验中关键的部位是两个轴（图1中A和C两个位置），这两根曲轴是车架的受压试验直接着力点，设计要求前后支架载荷比例满足：1:1.43，并且要求前后轴受力在1000N以上。设计师在设计时根据设计经验设计了一套架子（图1），但是不能确保两根轴的强度是否满足要求，因此采用有限元ANSYS对车架进行了力学分析和强度计算，对这个设计方案的可靠性验证具有重要参考意义。
图1 自行车受力架三维图
分析思路：整个支架主要有前支架和后支架构成，分析对象为支架上的两根不同跨距的支杆，而支杆的强度只与杆上的载荷和接触有关，从图上也可以看出杆才是整个结构强度最弱的部位。两根支杆和整个支架均采用普通不锈钢材料。影响计算精度的最大影响因素为材料、网格、接触和约束。在网格达到一定数量后，由于有限元的网格无关系，这时可以不用考虑网格的影响了，同种材料下的强度计算时，杆的接触设置是关键，这里采用No separation进行接触设置。载荷以坐标分量的形式在Y轴（重力方向）分别施加不同的载荷，直至达到材料的屈服强度位置（材料一旦进入屈服，就会发生永久性的变形，此处为杆的弯曲）。为了计算出结构的最大安全载荷，也就结果从弹性变形过渡到塑性变形的临界载荷，下面对两杆和支架分别进行了载荷计算，因为试算的次数比较多，因此工作量非常大。在分别求出各杆的最大临界载荷后在整个支架模型上分别添加最大临界载荷，最后考察总体受力情况。
具体实现步骤如下“
1双击ANSYS workbench启动按钮，启动ANSYS workbench如下图所示：
2.ANSYS WORKBENCH启动后弹出工具栏如下图，双击Static Structural
电动车车架振动实验标准
电 动 车 振 动 实 验 标 准
内 销 车 振 动 实 验 基 准
车架种类 配重（kg）
振动加速度(g) 振幅(mm) 转速(rpm) 前后振 振动
次数 车首 座垫 五通 电池 后座垫 踏板
e-cycling 10 50 20 实 配
电 池 2.0 20 420 前振 铁铝均为
15万
EB 10 50 20 实 配
电 池 2.0 20 420 前振 15万次
载重型&
简易豪华款 10 70 20 实 配电 池 后货架
50 2.0 20 420 前振 15万次
特殊简易豪华款(上叉带避振器) 10 70 20 实 配
电 池 后货架
50 2.0 20 420 前振 15万次
豪华款 10 70 实 配
电 池 75 20 1.4-1.8 20 360
～
400 前振 30万次 电轻摩 10 70 实 配
电 池 75 20 1.4-1.8 20 360
～
400 前振 30万次
JIS 振 动 实 验 基 准
标准
分类 车架
种类 配重（kg） 振动加
速度（g） 振幅（mm） 转速(rpm) 前后振 振动
次数 车首 五通 中管 电池
JIS D 9301 菱形 10 50 20 实 配
电 池 2 20 420 前振 100000
其他形状 10 45 15 实 配
电 池 1.8 17.6 420 前振 70000
JIS D 9401 菱形 5 50 20 实 配
电 池 2 20 420 前振 10000 其他形状 5 45 15 实 配
电 池 1.8 17.6 420 前振 70000
车架种类 配重（kg） 振动加
速度（g） 振幅（mm） 转速(rpm) 前后振 振动
次数 车首 中管 五通 电池
城市和旅行用电动车 5 50 20 实 配
电 池 1.8 17.6 420 前振 150000
依据振动计算公式：
振幅加速度G =n(2f)2 /980 =0.04nf2
电动自行车车架失效分析及改进方案
电动自行车车架
失效分析及改进方案
文◎李进
关键词： 动臼，ｊ１｜；乍架；火效分析；改进办案
１ ０年来，我国电动自行车
产业有了空前发展。近年电动自
行车新品迭出，其中不乏经典之
作，也有一些遗憾不足之处，电
动自行车产品设计应以造型为
先，但也应充分考虑和保证整车
的强度。车架是电动自行车的主
要组成部分，车架强度在很大程
度上决定整车的强度，车架设计
应考虑骑行舒适、操纵灵活和足
够的强度。
车架失效分应力疲劳破坏和
应变疲劳破坏两种，而经统计目
前电动自行车车架主要是出现应
力疲劳破坏。电动自行车骑行速
度较快，骑行过程中，容易引起
颠簸振动，加上频繁的刹车制
动，产生瞬间的 中击作用，当这
种瞬间的冲击力累积到一定的次
数，如果车架不具有足够的强
度，车架薄弱环节就会失效。
提高车架的强度除了在材料
方面改进以外，更主要的是要从
结构和工艺方面进行分析和研 究，以求设计出既能满足外形设
计要求，又能满足强度要求的结
构方式。
目前市场上电动自行车车架
的结构大致有Ｕ型、Ｈ型和菱
形，而大多数是Ｕ型，Ｕ型车架
的高应力危险区有３处：车架下
管和前管连接处，车架中接头、
车架下管和车架立管３者连接
处，以及车架下管弯管处。主要
失效形式有：车架下管接近前管
连接处断裂，中接头连接处，车
架下管或立管接近中接头附近断
裂，车架下管弯曲处断裂或塑性
变形失效。
这种Ｕ型车架在设计和焊接
时应注意：尽可能避免在高危险
区与管轴线相垂直的截面或截面
的某一点出现应力过度集中 在
与管轴线相垂直的某一截面圆周
方向上应尽可能避免出现连续的
焊缝，这样会导致这一截面的强
度大幅下降；适当的设计一些弹
性缓冲结构，以利于缓解冲击力 的大小和应力增大释放的时间，
避免刚性冲击。下面以案例的形
式分析几种典型车架断裂的原
因，并探讨改进的方法。
１ 案例１
失效现象：消费者在骑行过
程中，车架下管、前管和加强筋
电动自行车车架的随机振动疲劳寿命估算
摘要：电动自行车车架在骑行过程中会受到随机的外激励载荷作用，当长时间承受较高的应力水
平时，车架结构容易出现随机疲劳破坏，导致车架结构失效。因此，预测电动自行车车架的随机振动
疲劳寿命是非常有必要的。应用Nastran软件，运用Miner线性累积疲劳损伤法，结合高斯分布的三
区间法，对车架结构进行随机疲劳计算，最后的算例证明了所提出的方法有效。
关键词：电动自行车车架随机疲劳破坏Miner线性累积随机疲劳计算
中图分类号：U484文献标识码：A文章编号：2095-8234（2021）04-0085-03
RandomVibrationFatigueLifeEstimationof
E-bikeFrame
RUANli1;YEShuaihong2;WANGBin1;CHENLi1;HONGWei31-TaizhouInstituteofProductQualityandSafetyInspection(Taizhou,Zhejiang,318000,China)
2-TaizhouVocationalCollegeofScience&Technology
3-TaizhouFangyuanTestCo.，Ltd.
Abstract：TheE-bikeframewillbesubjectedtorandomexternalexcitationloadintheprocessofriding.Whensubjectedtohighstressforalongtime,theE-bikeframestructureispronetorandomfatiguefail原
ure,leadingtostructuralfailure.Therefore,it'snecessarytopredicttherandomvibrationfatiguelifeesti原
mationoftheE-bikeframe.Inthispaper,theMinerlinearcumulativefatiguedamagemethodcombined
电动自行车车架强度有限元分析
发明与创新
160· ·工程教育前沿电动自行车是一种以电机为主要驱动，脚踏作为辅助的实用交通工具，其特点有体积小、轻便、噪声少、无污染等，特别适合短途上下班族，作为一种实用交通工具深受广大消费者的喜爱。车架是电动自行车最关键部件之一，直接关系到骑乘者骑行的操纵灵活性、舒适性和安全性。因此，…车架的设计过程中需要满足两个基本条件：（1）根据人机工程学来确定和优化车架的几何形状，以保证满足不同体型骑乘者舒适性和动力体验感。（2）做相应的市场调查，依据电动自行车的类型和市场需求，设计出符合用户要求的产品。本课题以某型号钢结构电动自行车为参考，利用SolidWorks软件建模和有限元分析，为下一步结构尺寸优化提供技术依据。一、车架有限元模型建立图1 电动自行车车架结构电动自行车车架主要结构包括上管、前管、车架下舌、立管、链拉条和座撑。设计时，除了满足基本的尺寸参数外，还应具有足够的强度和适当的刚度，车架的强度可以通过有限元计算获得，方法是把车架简化为简支梁，再施加均匀分布载荷，即可计算出静载荷情况下的最大弯矩值及截面位置，最大剪应力值，然后用第四强度理论对其静强度进行校核。车架刚度是受到外力作用时抵抗其弯曲和扭转变形的能力，根据文献，一般情况下，车架的刚度取值范围：抗扭刚度为…500~700N·m/º…，抗弯刚度为70~350KN/m…。因此，首先对满载工况下的车架进行有限元分析，得到应力和变形数据，然后根据上述数据评估车架强度和刚度。有限元分析是对实物样机的离散化处理过程，建立模型尽可能如实反映实际情况，因此对复杂结构及其局部细节部分进行简化处理，这样才能减少计算量，缩短时间。本模型对车架进行必要的简化，如去除一般位置的圆角、沟槽、孔洞等几何特征，连接头部分采用实体，各叉管类结构采用曲面，这样简化虽然存在一定的误差，但对分析结果影响不大。表1 合金钢和铝合金力学性能屈服强度（MPa）抗拉强度（MPa）剪切模量（GMPa）弹性模量（GMPa）泊松比合金钢620880792100.28铝合金34044026690.33表2 国家标准技术要求载荷位置座鞍左右脚踏左右车把大小700N各200N各200N方向竖直向下竖直向下竖直向下车架各叉管类零件采用铝合金，连接头部分采用合金钢，材料力学性能数据如表1所示；边界条件施加如表2所示，车架采用后指出处固定约束，前管采用弹性支撑约束。二、网格划分由于该模型相对比较简单，用刚性连接来处理车架的焊接部位，确保连接处节点之间的六个自由度均为零。因此划分网格时，主要采用四面体网格。四面体网格具有简单灵活的特性，同时对复杂边界具有较强的适应能力，已成为有限元分析中处理三维模型时常用的单元。对车架连接接头部分采用四面体网格，对其他叉管类结构采用三角形单元，局部结构单元细化，对连接部位进行网格配对处理，即采用接合方式确保网格连贯。最后单元网格统计为：单元大小为14mm，数量为16000。从软件网格质量评估及局部放大可以看出，总体上看，模型网格数量适合，局部细化后的网格质量非常平整、光滑，没有网格翘曲变形现象，满足分析要求。三、求解及后处理图2 车架最大等效应力图3 车架最大位移求解后，根据静力学分析结果，最大载荷条件下的Von-Mises等效应力为σmax=120.6MPa，发生在座撑与链拉条的交界处；最大位移为1.36mm，出现在前管部分。本车架采用合金钢和铝合金通过焊接装配而成，在焊接部位容易产生应力集中。根据第四强度理论和轻工行业标准（QB1880-2008）对车架的检验标准，分析结果低于材料的屈服强度，达到了产品使用要求。综上所述，通过静力分析结果可知，车架最大等效应力低于车架在实际工况下的最低需用应力要求，最大位移低于材料在屈服状态下变形，满足车架安全使用要求。参考文献[1] 章曲，谷林著.人体工程学[M].北京：北京理工大学出版社，2009.[2] 周健.自行车车架设计的探讨[J].电动自行车，2009（11）：29-31.[3] 胡玉梅.车架结构强度基本理论与CAE分析技术[M].重庆大学出版社，2009.电动自行车车架强度有限元分析彭贤峰（台州科技职业学院，浙江 台州 318020）摘 要：对电动车车架进行三维建模，然后，建立车架的有限元模型，加载边界条件，划分网格求解，最后得出车架满载工况下的应力和位移云图，为下一步车架结构尺寸优化提供技术依据。关键词：电动自行车；车架；有限元分析；应力和位移云图