电动自行车行业最近十几年的迅猛发展,为人们提供了一种轻便、节能、环保型的交通工具;同时,节能减排,提高性能已经成为当今交通行业发展的一种必然趋势。车架作为电动自行车的核心结构件,采用轻量化材料能显著减少电动自行车的重量,有效地减少电能消耗,提高整车的行驶动态性能和行驶里程。本课题与某公司合作,对一款传统钢结构电动自行车车架进行探索性的材料替代设计,为镁合金在车架上的应用奠定基础。为此,按照原钢结构车架的总体尺寸及装配要求,针对镁车架易于疲劳失效的问题,提出了“型材与压铸过渡构件结合的宏观复合结构设计理念”,对该车型的镁合金车架进行三维设计;然后,建立车架的服役力学模型,并对车架服役工况下的应力、应变变化规律及疲劳寿命分布及服役模态进行有限元分析和校核;最后根据分析结果和成形工艺特点及品质保障要求,完成车架的结构优化设计。本论文研究的主要结论有:①据原电动自行车的人体工程学尺寸、零配件装配及铸造工艺要求,用CATIA进行三维设计,构建了首个挤压型材和铸件宏观复合的镁合金车架三维模型。②立了镁质车架的服役力学模型,根据车架服役的强度和刚度要求,对应力应变及疲劳进行了有限元分析和服役结构优化。优化后的车架最大服役应力低于40 MPa,疲劳寿命10万次以上;刚度满足安全驾乘要求。③于服役力学模型,用有限元方法对镁质车架进行了固有模态分析。结果表明:结构优化后,车架的最低阶固有频率为122.4Hz,高于电动自行车正常服役动态激励频率,表明电动自行车正常服役状态下镁质车架不会出现共振,能保证驾乘舒适性。④据车架的综合性能分析结果和车架的工艺质量要求,对镁合金车架的工艺结构进行了优化设计,优化后的车架重量约为1.8千克,与原钢质车架相比重量减轻了4公斤。