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輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車的開發(fā)作為一種新穎的電動(dòng)車研究方向，受到學(xué)術(shù)和工程界的普遍關(guān)注。三軸轉(zhuǎn)向電動(dòng)車采用輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)，車架作為整車的主要承載部件，其結(jié)構(gòu)對(duì)整車的使用壽命、可靠性及后續(xù)試驗(yàn)的可行性等方面有著重要的影響。車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在滿足足夠的強(qiáng)度和剛度的同時(shí)，也要達(dá)到輕量化的要求。因此，通過對(duì)車架結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析進(jìn)而降低車架質(zhì)量是車架設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。
本文在電動(dòng)車車架CAD模型尺寸的基礎(chǔ)上，利用有限元軟件ANSYS中beam188單元建立車架有限元分析模型；對(duì)車架進(jìn)行靜力分析，并參考分析結(jié)果對(duì)車架結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使車架結(jié)構(gòu)達(dá)到輕量化與安全性的統(tǒng)一。
進(jìn)行車架有限元分析時(shí)，除了要將其離散為有限元模型外，還必須引入車架約束。整車車身質(zhì)量采取適當(dāng)?shù)姆绞绞┘拥礁鬏S；地面反作用力通過懸架傳遞給車架；懸架減振系統(tǒng)及導(dǎo)向桿系的模擬采用釋放行駛方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，即X方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。載荷施加模式及位置、約束模式及位置和剛性化區(qū)域。
針對(duì)對(duì)車架結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析的主要目的是研究車架的靜態(tài)特性，則根據(jù)模型建立的難易程度及分析實(shí)際需要，對(duì)車架分析模型采取必要的簡(jiǎn)化措施：1）省去非承載件，其載荷采取施加到剛性化區(qū)域主節(jié)點(diǎn)；2）忽略轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的質(zhì)量載荷影響；3）車身覆蓋件采用質(zhì)量載荷集中處理；4）忽略梁?jiǎn)卧g焊接因素的影響。
車架結(jié)構(gòu)主要采用45#方鋼和角鋼焊接而成。因此車架有限元分析模型建立采用具有建模簡(jiǎn)單、單元數(shù)目少、計(jì)算速度快等優(yōu)點(diǎn)的Beam188梁?jiǎn)卧?br />
根據(jù)所設(shè)計(jì)的CAD模型尺寸在ANSYS中創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)，然后將關(guān)鍵點(diǎn)連成線（梁?jiǎn)卧行木�），再根據(jù)線創(chuàng)建有限元分析模型并選擇恰當(dāng)?shù)木W(wǎng)格劃分。依據(jù)模型簡(jiǎn)化結(jié)果建立車架有限元計(jì)算模型，劃分網(wǎng)格之后模型共有個(gè)2170梁?jiǎn)卧?190個(gè)節(jié)點(diǎn)。各軸質(zhì)量載荷施加在各軸相應(yīng)剛性化主節(jié)點(diǎn)上。
為了便于載荷施加，對(duì)車架有限元模型進(jìn)行局部剛性化處理，且近似認(rèn)為整車所有載荷由車架承擔(dān)。模型中所有載荷均可以按均布載荷形式施加到有限元模型中相應(yīng)單元。模型簡(jiǎn)化之后，電動(dòng)車滿載時(shí)車架前軸、中軸、后軸質(zhì)量載荷分布。
電動(dòng)車測(cè)試時(shí)行駛工況較復(fù)雜，為了保證電動(dòng)車測(cè)試安全可靠，車架須有足夠的強(qiáng)度，同時(shí)車架須輕量化。因此電動(dòng)車車架應(yīng)進(jìn)行與強(qiáng)度相關(guān)的水平彎曲、極限彎曲和正面碰撞（換算成恒力）等靜力分析。
滿載的電動(dòng)車在水平路面上勻速行駛時(shí)，水平靜彎曲工況與電動(dòng)車水平靜放時(shí)車架受載情況基本類似，產(chǎn)生靜彎曲變形。主要模擬電動(dòng)車勻速行駛時(shí)車架應(yīng)力分布情況。
約束條件：僅釋放懸架系統(tǒng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)車架支座及減振支座在行駛方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，即釋放X方向轉(zhuǎn)動(dòng)。車架水平彎曲工況下載荷較大處為中軸和后軸減振器支座架，其他部位載荷較小，主要原因是中軸和后軸是乘員乘坐區(qū)。較大應(yīng)力區(qū)集中在中軸減震器支座架與車架上縱梁焊接處，最大值為2.73MPa。由應(yīng)力值分析可知，電動(dòng)車車架有較多的強(qiáng)度裕量進(jìn)行車架輕量化改進(jìn)。
極限彎曲工況主要分析電動(dòng)車在滿載的情況下在崎嶇不平的路面上行駛時(shí)，一輪懸空的情況下產(chǎn)生的彎曲載荷，其極限彎曲載荷為電動(dòng)車在一輪懸空時(shí)產(chǎn)生的非對(duì)稱支撐下的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)狀態(tài)。此工況作用下的動(dòng)載在時(shí)間上變化很緩慢，所以慣性載荷很小，車架的扭轉(zhuǎn)特性可以近似看作是靜態(tài)的。
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