刘宇航，毛虎平，李煜华，王瀚岑，张亚建
                                         (中北大学能源动力工程学院，山西 太原〓030051)
摘要：以J6F电动轻卡车架为研究对象，利用Pro/E软件建立原车架的三维模型，提出了3种车架轻量化方案：一是将原车架更换为密度更低的铝镁合金，二是横梁、纵梁都添加减孔重，三是将纵梁更换为铝镁合金，横梁添加减重孔。在满载工况下对轻量化后的车架进行静力分析，经分析对比确立方案三为最优方案。对方案三进行模态分析，同时与理论计算值进行比对，验证了有限元分析的准确性。最后对方案三进行疲劳分析，结果表明车架减重25%，同时满足强度、模态、疲劳的设计要求。
关键词：车架；模态分析；疲劳；轻量化；有限元分析
中图分类号：U463.32〓文献标识码：A〓文章编号：2095-509X(2019)02-0053-04

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    近年来随着电池技术的发展以及政策的倾斜，各大厂商已经研发出了多种电动汽车，其中电动汽车的续航里程一直是被关注的焦点。研究表明，电动汽车的质量每减重100kg，百公里的续航里程可以增加5km。因此有必要对电动汽车进行轻量化研究。本文以解放J6F电动轻卡车架为研究对象，利用Pro/E软件建立原车架的三维模型，对车架进行轻量化分析。

1〓轻量化方案
车架常见的轻量化方案有两种：方案一是将车架换成质量更轻的材料，即将横梁、纵梁都更换为密度为2 700kg/m3的铝镁合金；方案二是对车架增加减重孔，即横梁和纵梁都增加半径为45mm的减重孔。两种方案各有优缺点，第一种方案的优点是减重效果明显，缺点是成本高，第二种方案的优点是成本低，但是整体强度和刚度无法保证。为此本文提出了第三种方案，即将纵梁更换为铝镁合金，横梁增加45mm的减重孔。既保证了强度和刚度，又实现了轻量化。
其中方案二和方案三的横梁减重孔的位置均位于距离两侧纵梁300mm处。纵梁减重孔位置位于距离第七根横梁550mm处和1 600mm。

2〓强度刚度分析
2.1〓车架有限元模型
解放J6F电动轻卡车架长度为5 100mm，宽度为970mm，将车架的一些工艺孔螺栓孔进行简化。将简化后的三维模型导入有限元软件ANSYS中进行离散化，离散化后的有限元模型单元节点数见表1。

表1〓有限元模型规模
〖HT6SS〗〖BG(!〗〖BHDFG2,WK7,WK8。2W〗
〖2〗单元〖〗节点
〖BHDG2〗方案一〖〗15 323〖〗30 208
〖BHDWG2〗方案二〖〗14 936〖〗29 858
〖BH〗方案三〖〗15 166〖〗30 153
〖BG)F〗〖HT7〗〖HT5〗

2.2〓满载工况有限元分析
解放J6F电动轻卡最大载质量为1.3t，蓄电池组以及车身均安装在车架上，因此作用在车架上的载荷为26 000N。将26 000N的载荷施加在车架的横梁和纵梁上，并将车架按照实际的安装位置约束［4］。对3种方案进行静力学分析，应力分布如图1、图2、图3所示。位移分布如图4、图5、图6所示。
从图1～3可以看出，在车架承受26 000N的载荷时，3种方案的最大应力均位于纵梁上，分别

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基金项目：山西省自然科学基金资助项目（201701D121082)
作者简介：刘宇航（1993—），男，硕士研究生，主要研究方向结构优化设计，625311470@qq.com.

文章来源《机械设计与制造工程》杂志如需详细资料请联系江苏机械门户网客服QQ:2980918915,电话025-83726289）

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