某全地形车厂商需要对3.3.2 中分析的全地形车进行加长改型。 初步改型方案是将原车架尾部加长，以装载武器装备。

（1）车架动态特性分析

应用本章4.1 中的分析方法，对改型的车架进行固有特性分析，结果见表4.13。 从表4.13 的分析结果可知，计算模态和试验模态结果相差较小，分析结果正确可靠。

表4.13　改型车架模态分析结果

续表

改型后的车架由于尾部加长，前六阶固有频率总体降低，尤其是最低固有频率和第一阶上下弯曲固有频率下降10 Hz 左右，这说明改型方案对车架固有特性影响较大。

全地形车行驶过程中，车架在动载荷作用下工作，激励频率必须远离车架的固有频率以避免共振，从而提高行驶舒适性和平稳性。 全地形车主要受路面不平度激励和发动机的往复惯性力激励，尤其是全地形车行驶路况比较复杂，同时还要保证必要的行驶速度，所以在考虑路面不平度激励时要比普通车辆范围大。

（2）激励分析

路面不平度激励引起车架的振动，与全地形车的行驶速度有关，当全地形车以速度v在路面不平度空间频率为Ω 的路面上行驶时，输入的时间频率f 为空间频率和行驶速度的乘积，即

f ＝v × Ω

我国不同路面的不平度波长的实测结果见表4.14。

表4.14　不同路面的不平度波长

由于全地形车的行驶路况复杂，因此选择波长范围最大的碎石路作为路面不平度的参考路面。 在全地形车常用的最高车速80 km／h 时，由路面不平度引起的最低、最高共振频率范围：

由全地形车车架改型前后的模态分析可知，标杆车架的最低固有频率为74.17 Hz，不会与路面不平度激励产生共振。 而改型车架的最低固有频率为66.8 Hz，在路面不平度激励频率范围内，可能与路面激励产生共振，影响全地形车的行驶平顺性。 因此，要对改型车架的结构进行适当修改以提高最低固有频率。

发动机工作时，由曲轴、连杆及活塞等的不平衡质量产生周期变化的惯性载荷，引起发动机受力不平衡。 经分析可知，发动机传递到车架上的力主要是一阶惯性力和二阶惯性力，一、二阶惯性力的频率f1、f2 的计算公式为：

式中　Z——发动机缸数；

——发动机冲程数；(www.daowen.com)

n——发动机转速。

该全地形车采用单缸四冲程的发动机，怠速转速为1 400 r／min，最大输出扭矩转速为5 000 r／min，最大输出功率转速为6 000 r／min，最高转速为6 800 r／min，由计算公式得发动机作用在车架上的激励频率，见表4.15。

表4.15　发动机作用在车架上的激励频率

全地形车发动机采用竖向放置，可能与车架的上下弯曲模态产生共振。 在该全地形车改型设计过程中，根据企业要求，要以原车架为目标，对改型车架进行优选，使其最低固有频率高于路面激励频率，一阶上下弯曲频率高于发动机激励频率。 因此，要对改型车架的结构进行优选以提高固有特性，满足企业要求。

（3）改进方案

通过对改型车架的分析和评价，改型方案要保证车架的模态频率避开由车轮传来的路面不平度激励频率范围和发动机在高转速下所产生的惯性力的频率范围。 同时，还要使车架的模态振型尽量平滑，避免发生突变。 改型后的车架上纵梁变形较大，并且后半部分无横梁连接，导致刚度下降，一阶模态频率减小。 为了提高改型车架的固有频率必须加强车架的横向刚度和上下弯曲刚度。

根据以上分析，结合改型前后车架的结构特点和固有特性分析结果对比，提出了对改型车架的4 个优选方案，见表4.16，修改位置如图4.49 所示。

表4.16　改型车架方案

续表

图4.49　改型车架修改位置图示

（4）改型方案分析

对以上4 个方案分别进行固有特性分析，分析结果见表4.17。

由表4.17 分析结果可知，横向支撑梁A 增大了车架的横向刚度，提高了一阶固有频率；增大纵梁B、C 的壁厚比增大管径能更有效地提高上下弯曲刚度；增大竖向支撑D 的厚度对车架的固有特性影响不大。

表4.17　车架优选方案分析结果

由路面激励和发动机激励频率的分析结果，结合原车架固有特性知，方案一的一阶固有频率高于路面激励的最高频率，同时，一阶弯曲频率避开了发动机的最高固有频率，避免了改型车架与激励的共振。 因此，方案一达到了预期的目标，可有效降低整车的振动，且方案易实施。