摘 要

根据电动自行车的服役环境、使用要求以及面相对对象，选择车架的材料，设计车架的几何参数模型，分析各参数对车架性能的影响。

针对镁合金的材料特性，设计车架加工工艺。研究车架在匀速工况、起步工况和制动工况下的受力情况。通过简化模型，对车架危险截面进行强度校核和刚度校核。之后根据计算数据家里车技三维模型。

用ANSYS软件对车架三维模型进行材料选择、网格划分以及边界约束和加载等操作，为有限元分析做准备。利用有限元分析，分别对电动自行车车架在匀速工况、起步工况和制动工况三种工况下的受力状况、应力分布、应变分布以及变形量大小进行研究，并根据分析结果对电动自行车车架结构进行优化。最终得到满足使用要求的车架。

关键词：电动自行车；车架设计；CAE分析

Abstract

According to the service environment of the electric bicycle, the requirements of use and the relative object, select the material of the frame and design the geometric parameter model of the frame, then analysis the influence of the parameters on the performance of the frame is analyzed.

Design the processing technology of frame based on the material characteristics of magnesium alloys. The stress of frame is studied under uniform speed condition, starting condition and braking condition. Through the simplified model, the strength of the dangerous section of the frame is checked and the stiffness is checked. Then, the 3D model of the car technology is calculated according to the data.

The ANSYS software is used for material selection, mesh generation, boundary constraint and loading operation of the 3D model of the frame, so as to prepare for the finite element analysis. The finite element analysis is used to study the force condition, stress distribution, strain distribution and deformation size of the electric bicycle frame under three conditions of uniform speed, starting and braking, and the structure of the electric bicycle frame is optimized according to the analysis results. Finally the frame meeting the requirements of the use is finished.

Key words: electric bicycle;frame design;the CAE analysis technique

目录

第一章 绪论 1

1.1课题研究的背景、目的和意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.3课题研究内容和预期目标 2

第二章 电动自行车车架设计 4

2.1 电动自行车参数 4

2.2车架基本结构与选材 4

2.2.1产品定位分析 4

2.2.2车架设计原则 4

2.2.3车架类型与材料的确定 6

2.3整车动力设计 8

2.3.1电动机参数设计 8

2.3.2蓄电池位置选择 9

2.4车架结构设计 10

2.4.1车架几何尺寸设计 10

2.4.1.1曲柄长度OJ 10

2.4.1.2中接头下垂度N 10

2.4.1.3传动中心距OB 12

2.4.1.4立管倾斜角β 12

2.4.1.5立管高度 OF 12

2.4.1.6前心距OA 13

2.4.1.7前管倾斜角θ和前叉翘度H 13

2.4.1.8其他参数 15

2.4.2车架工艺设计 16

2.4.3车架强度计算 16

第三章 电动自行车车架三维模型与有限元模型的建立 20

3.1 车架三维建模 20

3.2车架有限元模型 20

3.2.1有限元模型导入 20

3.2.2网格划分 20

3.2.3材料特性 21

3.3本章小结 21

第四章 电动自行车车架有限元分析及优化设计 21

4.1边界条件设置和加载处理 21

4.2匀速工况分析 22

4.2.1边界约束与加载 22

4.2.2匀速工况分析结果 22

4.2.3结果分析 24

4.3起步工况 24

4.3.1边界约束与加载 24

4.3.2起步工况分析结果 24

4.3.3结果分析 27

4.4制动工况 27

4.4.1边界约束与加载 27

4.4.2制动工况分析结果 28

4.4.3结果分析 30

4. 5电动自行车结构优化 31

4.5.1结构优化 31

4.5.2优化效果 31

4.5.2.1匀速工况 31

4.5.2.2起步工况 33

4.5.2.3制动工况 36

4.8本章小结 38

第五章 结论 38

5.1全文总结 38

5.2展望 39

致谢 40

参考文献 41

第一章 绪论

1.1课题研究的背景、目的和意义

电动自行车以电池作为动力源，具有零排放、低噪音等优点。近年来，电动自行车凭借其环保性、方便性、亲民性，得到了迅猛发展。在电动车的发展过程中，车架的发展对电动车的影响是十分巨大的。而在自行车设计中，车架设计一直都是核心和关键的部分，车架设计的好坏与否直接影响着电动自行车的稳定性、操纵性、舒适性和安全性。在电动车骑行过程中，车架的吸振能力、弹性大小对骑行者的舒适性有着较大影响，而车架的刚度和强度则对骑行者的安全有着很大影响，一副优良的车架，不仅可以是骑行者骑行体验良好，还能很好的保障骑行者的生命安全。目前，国家在电动自行车车架方面也有着相关标准以及法规，如，轻工业标准QB1880-2008中，对自行车以及电动自行车的车架进行了相关规定，国家标准GB3565-2005中，对自行车安全要求进行了明确规定。电动车发展迅速，一些旧的国家标准已经不能适应发展现状，在2018年1月16日，国家修订了GB17761-2018，对电动自行车车架部分提出了新的要求。可见，电动自行车的车架设计是电动车设计中十分重要的一个环节。

本课题就是根据如上所述的背景提出来的。目的是参考往年某些电动车设计思路，设计出具备足够强度和刚度的车架。然后，运用CAE分析技术作为车架设计的辅助工具对电动自行车车架进行校核，以便及时对设计不合理的地方进行修改。从而缩短车架设计的时间并且使得车架结构更为合理，使强度设计更为准确、可靠。