摩托車(chē)車(chē)架主要損壞形式是疲勞破壞,一般先在局部區域產(chǎn)生裂紋,然后裂紋擴展導致斷裂,給人身安全帶來(lái)嚴重威脅。疲勞強度及壽命預估是評價(jià)摩托車(chē)可靠性的重要因素之一,疲勞試驗是評價(jià)車(chē)架疲勞強度的主要方法,通過(guò)對摩托車(chē)車(chē)架系統結構進(jìn)行疲勞有限元分析及壽命預估,不但可以對現行摩托車(chē)剩余壽命進(jìn)行評估,還能有效地指導新型摩托車(chē)的開(kāi)發(fā)設計,具有十分重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
摩托車(chē)車(chē)架系統承載全車(chē)和載荷的質(zhì)量,以及摩托車(chē)在不平路面行駛時(shí)產(chǎn)生的沖擊和振動(dòng)載荷,其疲勞破壞形式屬機械疲勞破壞。同時(shí)摩托車(chē)車(chē)架系統受到?jīng)_擊和振動(dòng)載荷都是隨機的,在其結構內產(chǎn)生的交變應力也是隨機的,沒(méi)有固定的應力幅度和頻率,因而屬于機械隨機疲勞。在設計摩托車(chē)車(chē)架系統時(shí),出于安全考慮,一般其設計名義應力都遠小于材料的屈服極限,其使用壽命也要求較長(cháng),因此摩托車(chē)車(chē)架系統的疲勞屬于高周疲勞。但在實(shí)際過(guò)程中很難模擬隨機路面的激勵,摩托車(chē)車(chē)架疲勞試驗機是在摩托車(chē)車(chē)架水平方向和垂直方向,施加對稱(chēng)或非對稱(chēng)循環(huán)激勵載荷來(lái)模擬摩托車(chē)通過(guò)凸凹路面時(shí)給車(chē)架的沖擊激勵。根據疲勞累計損傷原理、國內外摩托車(chē)行駛的自身特點(diǎn)以及摩托車(chē)車(chē)架系統的疲勞類(lèi)型一機械高周疲勞,建立了基于車(chē)架結構、材料疲勞屬性和變幅載荷譜下摩托車(chē)車(chē)架及懸掛系統可靠性疲勞壽命預測模型。對某摩托車(chē)車(chē)架系統疲勞強度和疲勞壽命進(jìn)行了預估,并在車(chē)架疲勞試驗機上進(jìn)行試驗驗證,為車(chē)架疲勞強度分析及壽命預估提供了理論依據。
對摩托車(chē)車(chē)架強度的考核主要通過(guò)整車(chē)的道路試驗完成,因路試試驗的條件、環(huán)境等因素使其與疲勞試驗機相比開(kāi)發(fā)周期延長(cháng),試驗成本高且安全性差。因此開(kāi)發(fā)針對我國摩托車(chē)實(shí)際情況的疲勞試驗機,制定相關(guān)試驗規范和試驗標準,以代替產(chǎn)品開(kāi)發(fā)初期的路試試驗,具有十分重要的實(shí)際意義和經(jīng)濟效益。
在參照歐洲疲勞試驗機的基礎上,結合我國實(shí)際情況,采用程序加載方式,通過(guò)對摩托車(chē)車(chē)架系統在水平、垂直和座墊方向加載的方式模擬摩托車(chē)通過(guò)凸凹路面時(shí)給車(chē)架的沖擊激勵:水平方向加載試驗模擬摩托車(chē)在行駛的過(guò)程中遇到上臺階或凸臺的情況;垂直方向加載試驗模擬摩托車(chē)在行駛過(guò)程中遇到下臺階或者凹坑的情況;座墊方向加載試驗模擬人在座墊上對車(chē)架的作用。
當摩托車(chē)在行駛過(guò)程中遇到上臺階或凸臺時(shí),前輪首先受到來(lái)自路面的沖擊,前輪受到的沖擊力F可以分解為水平方向的分力F。和垂直方向的分力F1,F。大部分被輪胎和減振等緩沖體所吸收,因此作用在車(chē)架上的力可以簡(jiǎn)化為水平方向的拉力Fo,在疲勞試驗中通過(guò)施加水平方向的周期載荷激勵模擬經(jīng)過(guò)上臺階或凸臺時(shí)車(chē)架受到的沖擊,載荷及安裝如圖所示;當摩托車(chē)行駛過(guò)程中遇到下臺階或者凹坑時(shí),后輪首先受到來(lái)自路面垂直向上的沖擊F1,該沖擊力不能完全被輪胎和減振等緩沖體所吸收,沒(méi)有被吸收的F。就作用在車(chē)架上,在疲勞試驗中通過(guò)施加垂直上拉的周期載荷激勵模擬經(jīng)過(guò)下臺階或凹坑時(shí)車(chē)架受到的沖擊,沖擊載荷及安裝方式如圖所示;摩托車(chē)行駛過(guò)程中還應該考慮到駕駛員及乘客對車(chē)架疲勞強度的影響,在疲勞試驗中可以施加垂直下壓周期載荷激勵模擬人在座墊上對車(chē)架的作用,座墊方向的載荷及安裝方式如圖所示。
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