摩托车车架的动态特性分析及减振优化研究

陈林

摘要：摩托车的车架是摩托车的躯干，摩托车的车架结构会直接的影响到整个摩托车的力学特征。文章针对125型跨骑式摩托车车架构建了有限元分析模型，并对该摩托车车架的动态性能进行分析，发现车架中存在的问题，最后针对所发现的问题，提出了对摩托车车架结构的固有频率进行调节的方法。

1.引言

摩托车在高速行驶的过程中，其结构强度的设计可以满足安全性要求，但是摩托车结构的动态性能有时在设计的过程中考虑的不够全面，这又会对摩托车乘坐的舒适度产生一定的影响。摩托车的车架是摩托车的躯干，是摩托车结构的必不可少的支撑结构和最重要的组成部分，摩托车的车架结构会直接的影响到整个摩托车的力学特征，摩托车车架的性能会对摩托车的动态性能产生较为直接的影响，因此有必要对摩托车车架的动态性能进行分析，以此来达到摩托车减震优化的目地。

防止摩托车的车架出现共振的情况是提升摩托车动态性能的关键，同样也是缓解摩托车震动的一个关键所在。因此，本文通过分析研究摩托车车架的动态性能，从中找出摩托车车架在结构动力学上的不足，并针对所发现的不足进行科学合理的修正和完善，希望可以对提高摩托车车架的动态性能的提高有一定的实践意义。

2.摩托车车架的动态特性分析

有限元分析（FEA，Finite ElementAnalysis）利用数学近似的方法对真实的物理系统进行模拟分析。其主要思路是利用简单而又相互作用的元素（即单元）去逼近无限未知量的真实系统。随着云计算技术和计算算法的不断提升，有限元分析方法在工业工程设计领域的应用已经越来越普遍，有限元分析方法现今成为一种解决复杂工程分析计算问题的有效途径，其在机械设计、材料加工、航天航空、汽车、建筑、电子、国防、船舶以及石油等各个领域得到了的广泛研究使用。

在分析摩托车的结构分析时，需要进行结构的静态和动态分析，对摩托车结构的动态分析的首要步骤就是进行模态分析。所谓模态分析就是求出系统模态特性，然后再施加初始条件和激振力，最终求出系统迫振响应结果，分析得到的主要结果包含振动结构上关心点的位移、应力、应变等。

本部分在利用有限元分析方法对摩托车构建有限元分析模型，对某125型跨骑式摩托车车架的动态特性进行分析。

（1）路面激励对摩托车车架动态性能的影响分析

路面是摩托车运行的场所，路面的不平整会对在路面上行驶的摩托车车轮造成位移和冲击的扰动，这种随机扰动会使得摩托车发生剧烈的震动，从而引起摩托车乘员和驾驶员的不适，甚至会使得摩托车出现失控等严重故障。

通过研究发现，摩托车的速度对摩托车车架动态性能有一定的影响，时间频率f的具体计算为：f=v，其中v是指摩托车的行驶速度，Q为路面的空间频率。当路面激励频率与摩托车车架结构频率相等时，摩托车就会发生共振现象。然而通过对现在摩托车的一般行驶速度和现实路面状况的分析可以发现由于路面的不平整所造成的摩托车车架共振可能性较小。

（2）发动机激励对摩托车车架动态性能的影响分析

当摩托车的发动机在工作时，由于摩托车发动机的相关硬件的惯性荷载，发动机就会受力不均匀，从而导致了摩托车车架的振动。通过相关实验我们发现，当发动机的二阶惯性力频率与摩托车车架的模态频率一致时，就会造成摩托车车架发生共振现象。具体分析125型跨骑式摩托车车架可以发现车架与后货架连接处振幅较大，同时，摩托车车架的模态频率与摩托车发动机的二阶惯性力频率有重叠的部分，这样可能会导致摩托车车架发生共振。

3.摩托车车架的减振优化

综合第二部分的摩托车车架的动态特性分析可以知道，为了改善摩托车车架结构的相关动态性能，降低摩托车振动幅度，需要对摩托车车架结构的固有频率进行调节，从而使得摩托车车架的模态频率与摩托车发动机的二阶惯性力频率不会发生重叠。具体的改进方案有以下两个方面。

（1）加强摩托车车架结构中的薄弱构件

加强摩托车车架结构中的薄弱构件，可以改变摩托车车架结构的固有频率，从而减少摩托车发生共振的概率。具体的摩托车薄弱构件的修改如下：a.摩托车坐垫的左右支持管由原来的20mmX2.Omm的壁厚更该为2.5mm：b.摩托车左右支持弯管由中20miX2.Omm的壁厚同样加厚5mm变成2.5mm的厚度：c.摩托车左右托架有原来的1.5mm变成2.Omm。

（2）摩托车车架连接处接入加强板

从上部分分析可以知道，125型跨骑式摩托车车架与后货架连接处的振动较大，因此，本文建议在摩托车车架和后货架的连接处接入加强板。具体来说，可以在此处设置一个长度为166mm，宽度为40mm，厚度为2mm的加强板，其中该加强板的材料弹性模量E为149.8GPa。

4.结论

文章首先针对125型跨骑式摩托车车架构建了有限元分析模型，其次在所购建的有限元分析模型的基础上研究了路面平整度激励和发动机激励两个干扰对摩托车振动的影响，发现125型跨骑式摩托车车架可以发现车架与后货架连接处振动较大和摩托车车架的模态频率与摩托车发动机的二阶惯性力频率有重叠的部分两个问题，最后针对所发现的两个问题，对摩托车车架结构的固有频率进行调节，实现了摩托车车架的减振优化。

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