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研究生: 鹿盛豪
SHEN-HAU LU
論文名稱: 電動摩托車主車架結構輕量化設計與分析
Design and Analysis of Lightweight Main Frame Structure for Electric Motorcycles
指導教授: 張燕玲
Yen-Ling Chung
口試委員: 張燕玲
甯攸威
紀翔和
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 營建工程系
Department of Civil and Construction Engineering
論文出版年: 2023
畢業學年度: 111
語文別: 中文
論文頁數: 135
中文關鍵詞: 輕量化設計輕量化分析
外文關鍵詞: Design of Lightweight, Analysis of Lightweight
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  • 本研究係以原始電動摩托車之主車架於考慮標準工況、剛性、整車強度及疲勞分析之工況下,降低主車架各部件重量,以達成總重量降低之目的,並取得滿足所有目標需求之輕量化設計方案。標準工況分析以原始主車架結構於原始節點力分析之應力值及疲勞限作為輕量化結構於標準工況分析之目標參考應力上限,基於此應力上限,逐步減少主車架各部件之重量,並確認輕量化之主車架結構於原始節點力及輕量化結構經多體動力學分析之新節點力作用下之各部件應力值是否滿足需求;剛性分析以原始主車架結構於扭轉剛性、彎曲剛性及側向剛性分析之剛性值作為判斷依據,確認輕量化主車架結構之剛性值是否維持與原始主車架結構相同之性能,確保輕量化之主車架結構於行駛過程中抵抗變形之能力,亦確保駕駛者於使用車輛之行駛穩定性及安全性;整車強度分析以原始電動摩托車結構於非線性之行為作為判斷依據,確認輕量化之摩托車結構於非線性行為,確保輕量化之摩托車結構於較為嚴苛或極限之使用情境下仍具有一定之強度性能;疲勞分析以原始主車架結構於連續小凸起路面(CSB)、連續小凹陷路面(CSP)及連續小交錯凸起路面(CSSB)工況分析之疲勞損傷值作為判斷依據,以單位力線性疊加法,將輕量化之主車架進行單位力之分析,並導入多體動力學依據輕量化結構分析之時域訊號,分析輕量化之主車架結構之疲勞損傷值,確認輕量化主車架結構是否維持與原始主車架結構相同之之抗疲勞性能。


    This research is based on the main frame of the original electric motorcycle, considering the standard analysis, rigidity analysis, vehicle strength analysis, and fatigue analysis, reducing the weight of each part of the mainframe to achieve the purpose of reducing the total weight, and obtained Lightweight design solutions that meet all target needs. The standard analysis uses the stress value of the original main frame structure in the initial node force analysis and the component fatigue limit as the target reference stress upper limit of the lightweight structure in the standard analysis. Based on this upper-stress limit, weight gradually reduced, and the lightweight frame was verified through stress analysis of original node forces and new node forces under multibody dynamics analysis. Rigidity analysis is based on the rigidity values of the original main frame structure in torsional rigidity, bending rigidity, and lateral rigidity analysis to confirm whether the rigidity value of the lightweight main frame structure maintains the same performance as the original design to ensure the lightweight The ability of the main frame structure to resist deformation during driving also ensures the driving stability and safety of the driver when using the vehicle. The strength analysis of the whole vehicle is based on the non-linear behavior of the original electric motorcycle structure, confirming the non-linear behavior of the lightweight motorcycle structure and ensuring that the lightweight motorcycle structure still has performance under severe or extreme use conditions. The fatigue analysis is based on the fatigue damage value of the original main frame structure in continuous small bump road (CSB), continuous small concave road surface (CSP), and continued small staggered bump road (CSSB) as the judgment basis, Using the unit force linear Superposition method, analyze the unit force of the lightweight main frame, and import multi-body dynamics based on the time domain signal of the lightweight structure analysis, analyze the fatigue damage value of the lightweight main frame structure, and confirm the lightweight main frame whether the frame structure maintains the same fatigue resistance as the original design.

    電動摩托車主車架結構輕量化設計及分析 I Design and Analysis of Lightweight Main Frame Structure for Electric Motorcycles II 誌謝 III 目錄 IV 圖目錄 VII 表目錄 IX 第一章 緒論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 文獻回顧 1 1.3 研究內容 3 第二章 主車架輕量化設計 5 2.1 前言 5 2.2 主車架結構輕量化設計與分析流程簡介 5 2.3 原始主車架部件及對應參數資訊 6 2.4 主車架原始結構基於標準工況分析之目標應力上限 11 2.4.1 主車架原始結構基於標準工況分析之結論與討論 17 2.5 主車架結構之強化設計 18 2.5.1 考慮標準工況分析之主車架結構補強 19 2.5.2 考慮剛性分析之主車架結構補強 27 2.5.3 考慮整車強度分析之主車架結構補強 28 2.5.4 考慮疲勞分析之主車架結構補強 29 2.6 主車架結構最佳化分析 29 2.6.1 最佳化分析簡介 29 2.6.2 最佳化分析流程 30 2.6.3 最佳化分析結果 33 2.7 主車架結構輕量化設計與標準工況驗證 39 2.7.1 主車架輕量化設計 39 2.7.2 主車架輕量化設計成果 41 第三章 輕量化之主車架結構標準工況分析 47 3.1 輕量化主車架結構在新節點力作用下之標準工況應力驗證 47 3.1.1 靜置1g工況 52 3.1.2 左轉0.5g及右轉0.5g工況 55 3.1.3 加速0.8g及減速0.65g工況 59 3.1.4 Bump工況 65 3.1.5 Pothole工況 69 3.1.6 輕量化主車架結構標準工況分析之結論與討論 73 第四章 輕量化之主車架結構剛性分析 75 4.1 輕量化主車架結構後扭轉剛性分析 75 4.2 輕量化主車架結構前扭轉剛性分析 77 4.3 輕量化主車架結構彎曲剛性分析 79 4.4 輕量化主車架結構右側向剛性分析 81 4.5 輕量化主車架結構左側向剛性分析 83 4.6 輕量化主車架結構剛性分析之結論與討論 85 第五章 輕量化之主車架結構整車強度分析 87 5.1 雙輪落地 (Landing with Both Wheels) 87 5.2 腳架結構強度工況 91 5.3 輕量化結構整車強度分析之結論與討論 99 第六章 輕量化之主車架結構疲勞損傷分析 100 6.1 輕量化主車架結構疲勞損傷分析結果 101 6.2 輕量化主車架結構疲勞損傷分析之結論與討論 102 第七章 結論與建議 104 7.1 結論 104 7.2 建議 104 附錄 設計變更履歷 105 參考文獻 118

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