轮毂电机驱动电动车的开发作为一种新颖的电动车研究方向，受到学术和工程界的普遍关注。三轴转向电动车采用轮毂电机驱动，车架作为整车的主要承载部件，其结构对整车的使用寿命、可靠性及后续试验的可行性等方面有着重要的影响。车架结构设计在满足足够的强度和刚度的同时，也要达到轻量化的要求。因此，通过对车架结构进行有限元分析进而降低车架质量是车架设计中的一个重要环节。
      本文在电动车车架CAD模型尺寸的基础上，利用有限元软件ANSYS中beam188单元建立车架有限元分析模型；对车架进行静力分析，并参考分析结果对车架结构进行优化设计，使车架结构达到轻量化与安全性的统一。
      进行车架有限元分析时，除了要将其离散为有限元模型外，还必须引入车架约束。整车车身质量采取适当的方式施加到各轴；地面反作用力通过悬架传递给车架；悬架减振系统及导向杆系的模拟采用释放行驶方向的转动，即X方向的转动。载荷施加模式及位置、约束模式及位置和刚性化区域。
      针对对车架结构进行有限元分析的主要目的是研究车架的静态特性，则根据模型建立的难易程度及分析实际需要，对车架分析模型采取必要的简化措施：1）省去非承载件，其载荷采取施加到刚性化区域主节点；2）忽略转向系统的质量载荷影响；3）车身覆盖件采用质量载荷集中处理；4）忽略梁单元间焊接因素的影响。
      车架结构主要采用45#方钢和角钢焊接而成。因此车架有限元分析模型建立采用具有建模简单、单元数目少、计算速度快等优点的Beam188梁单元。
      根据所设计的CAD模型尺寸在ANSYS中创建关键点，然后将关键点连成线（梁单元中心线），再根据线创建有限元分析模型并选择恰当的网格划分。依据模型简化结果建立车架有限元计算模型，划分网格之后模型共有个2170梁单元和2190个节点。各轴质量载荷施加在各轴相应刚性化主节点上。
      为了便于载荷施加，对车架有限元模型进行局部刚性化处理，且近似认为整车所有载荷由车架承担。模型中所有载荷均可以按均布载荷形式施加到有限元模型中相应单元。模型简化之后，电动车满载时车架前轴、中轴、后轴质量载荷分布。
      电动车测试时行驶工况较复杂，为了保证电动车测试安全可靠，车架须有足够的强度，同时车架须轻量化。因此电动车车架应进行与强度相关的水平弯曲、极限弯曲和正面碰撞（换算成恒力）等静力分析。
      满载的电动车在水平路面上匀速行驶时，水平静弯曲工况与电动车水平静放时车架受载情况基本类似，产生静弯曲变形。主要模拟电动车匀速行驶时车架应力分布情况。
      约束条件：仅释放悬架系统导向机构车架支座及减振支座在行驶方向的转动，即释放X方向转动。车架水平弯曲工况下载荷较大处为中轴和后轴减振器支座架，其他部位载荷较小，主要原因是中轴和后轴是乘员乘坐区。较大应力区集中在中轴减震器支座架与车架上纵梁焊接处，最大值为2.73MPa。由应力值分析可知，电动车车架有较多的强度裕量进行车架轻量化改进。
      极限弯曲工况主要分析电动车在满载的情况下在崎岖不平的路面上行驶时，一轮悬空的情况下产生的弯曲载荷，其极限弯曲载荷为电动车在一轮悬空时产生的非对称支撑下的静态扭转状态。此工况作用下的动载在时间上变化很缓慢，所以惯性载荷很小，车架的扭转特性可以近似看作是静态的。

                                                                                专业从事机械产品设计│有限元分析│CAE分析│结构优化│技术服务与解决方案
                                                                                                                                                      杭州那泰科技有限公司
                                                                              本文出自杭州那泰科技有限公司www.nataid.com，转载请注明出处和相关链接！