摩托车车架振动控制与优化

梁炳祥

摘要：摩托车的振动水平，是评价摩托车制造质量的主要指标。它可以带给摩托车手最直接感受。因为摩托车的振动问题不仅影响了摩托的顺畅性能与使用舒适度，而且容易导致整车和发动机相关零部件的疲劳损伤【1】。而摩托车车架的设计对整车的振动因素影响相当大，所以，摩托车车架的设计在其实际的开发与制造过程中至关重要。

关键词：摩托车;车架;振动;优化

一、摩托车车架的合理性研究

1.摩托车车架的设计理念

按照以往的使用经验，车架的振动特性对摩托车的使用寿命和乘坐舒适度都有着最直观的影响。为了进一步增强摩托车的实用性，提高设计质量和效率，越来越多的摩托车设计制造企业逐步转变观念，创新设计方法，做好摩托车车架的设计工作。由于车架整体设计的合理性关系到摩托车的行驶安全性和舒适性，车架的设计应满足车架的强度和合适的硬度、精度、质量、成本和外观等要求。

2.摩托车车架设计的影响因素

足够的硬度主要是用来提高摩托车在不同工况下的行驶稳定性，这对使用菱形车架或者跨栏车架的大排量摩托车十分关键。由于硬度不够易导致车架变形，所以车架结构设计的关键因素之一就是确保车架拥有足够的硬度。合适的强度能够确保摩托车的稳定工作和适度的舒适性。而框架的扭转强度和弯曲刚度则可以采用所选择的框架外径、壁厚和钢种，使用理论公式计算。满足高精度的条件，主要是为了保证车辆在运行过程中的稳定性、车架左右对称性、前伸角、油箱、车侧盖和座垫的装配情况、滑板车塑料盖的装配情况、，等等等均必须达到高精度的条件。所以，对车架连接工艺和连接夹具的研究十分关键。科学合理设计制造车架结构，提高整车的高精度，才能降低对整车装配所带来的问题，进而改善整机品质。框架设计制造结构应当兼顾质量可靠、成本低、外型美观，坚持最简单的产品设计理念，并提出最科学合理的设计方案，以降低不必要的浪费。所以，尽可能地把材料加工率、弯曲与切割限制在最少的范围之内，以降低焊缝率，是对车架结构合理工程设计的必然要求。由于车架的直径和高度直接影响着摩托车的振动性能和稳定性，所以在摩托车设计过程中，首先要确认摩托车的整车形状，进而选定适当的悬挂方式和轮胎型式。用于规定除汽车发动机以外的所有基本空车品质。设定轴距时，发动机和车架中间的相对位移对整车的安全性有着影响。所以，应通过实际计算数据决定发动机在机架中的提升位置设计。

二、摩托车车架振动的影响因素

1.外部激励对车架振动的影响

按照以往的使用经验，摩托车在行进过程中，主要受到路面状况和发动机的激励【2】。因此，摩托车车身的结构振动特性必须具有适合于激励的机械特性。如果车身的固有频率与激振频率耦合，车身会发生共振，整车会剧烈振动，甚至产生局部损伤。因此，路面平整度对车架的振动特性有一定的影响。具体分析表明，不同的道路交叉口对车架的动力特性有不同程度的影响。以未铺砌道路和碎石路为例，通过对不同路况下摩托车振动特性的横向比较，发现在车速相同的情况下，车架共振存在明显差异，碎石路的车架共振明显优于未铺砌道路。因此，在摩托车车架设计过程中，相关人员有必要结合摩托车的使用场景和相关要求，对车架的相关结构参数进行必要的调整。

2.整车结构对车架振动的影响

在摩托车设计流程中，摩托车发动机通常采用螺栓和车架进行刚性联接，发动机质量大，本身就是振动源。发动机的激励主要来自于曲柄连杆机构所产生的力和转矩，包括了往复惯性运动、回转惯性力、气体力，以及与曲轴力矩方向相反的傾覆耦合力矩。这里，气体作用力在机身上彼此抵消，只在机身上形成了拉应力或压应力，拉应力或压应力并不会传导到机身外的支架上，而只是借助机体将倾覆力矩、往复惯性运动和回转惯性力传导到支架上。在发动机工作范围内，发动机励磁与车架结构之间可能发生频率耦合。因此，我们应该努力改善框架的结构特性。车体的结构特性不仅包括频率、振幅和振型，还包括阻尼比。模态阻尼比越大，结构本身的阻尼越大，这可以快速衰减振动。改善结构特性有几个方面：增加模态频率和阻尼。由于摩托车车身是一个阻尼小的钢结构，我们应该尝试增加阻尼材料来提高阻尼，这样可以降低频率响应函数的振幅，在相同的激励下衰减系统响应，从而降低振动。因此，在实际的摩托车车架设计优化环节中，有必要做好发动机的处理工作【3】。

3.车架材质对车架振动的影响

车架强度对车架的固有频率有重要影响。为增强车架的抗振动能力，并减少对外界激励的反应，有必要增加车架的结构强度。而影响构架强度的因素众多，主要涉及框架的构造形态、几何参数、框架结构的截面形式与规格、材料与加强板的设置等。

三、摩托车车架设计的优化方案及建议

1.根据实际装配需要进行车架设计

为了保证摩托车车架设计的质量和效率，在摩托车车架的总体设计过程中，对主要结构进行设计和控制，确保摩托车车架的设计和最终生产能够满足实际装配需要，从而逐步提高整车的装配效率。因此，必须根据车架清晰的振动特性，以科学实用的原则为指导，做好车架设计工作，从而全面提高摩托车车架的整体性能。

2.在设计中减少车架振动特性

在摩托车车架设计中，为了更好地控制车架的振动特性，增强车架设计的方向性和针对性，提高设计的质量和效率。员工应充分吸收和学习现阶段的设计和研发经验，实现框架的振动和结构特性。采取有针对性的手段对车架设计方案进行调整和优化。在车架零件的设计和研发中，不需要确定主要参数，只需根据计划的装配结构确定位置即可。这样做的目的是，当框架尺寸发生变化时，零件尺寸也会发生变化，因此，应在确定主框架尺寸后自动生成其尺寸的确定。这样，在保证框架设计效果的前提下，缩短了设计周期，降低了设计成本。

3.控制外部激励对车架振动特性的影响

在摩托车车架设计过程中，为了保证车架设计的合理性，满足摩托车使用的需要。工作人员可以从路面激励和发动机振动两个维度入手，在科学实用的原则指导下，有效处理路面激励对车架振动特性的影响，将振动频率控制在合理的范围内，从而保证车架结构的稳定性，延长使用寿命，提高摩托车设计的合理性。

四、结语

摩托车结构复杂。发动机和道路的振动激励通过车身传递后，最终作用于摩托车骑手，造成骑手的不适感。传统的摩托车振动控制采用样车试修的方法，周期长，成本高，不能预测每次结构改造的减振效果。

为此，本文总结如下：（1）除了采用对车架与整体体型的合理选择、对局部构造的优化设计与巧妙搭配，还能够减少震动，从而大大提高了整车的使用舒适度。（2）合理的摩托车组装工艺，也是提高摩托车性能与品质的关键原因。（3）在摩托车发动机上加装平衡轴，大大降低了一阶往复惯性力，从而抑制了振源的振动强度，有效地降低了摩托车的整体振动。（4）在振动源和传动机构之间增加了减振装置。在摩托车发动机的安装中，采用弹性悬挂技术可以减少发动机向车架的振动传递。（5）为提高摩托车结构的减振性能，并利用其所形成的摩托车结构有限元模型，可以方便快捷地测试各种结构改造措施，虚拟分析减振效果。通过分析，认为有效的方法可以应用到实车上，通过试验可以检验最终的效果。

参考文献

[1]黄国鹏，贾志超，雷鹏，等. 摩托车车架振动控制与优化[J].装备制造技术，2019，000（010）：219-221.

[2]杨帆. 摩托车低噪声优化设计方法研究[D].浙江大学，2014.

[3]黄泽好，徐中明，张志飞，等. 摩托车车架振动特性分析[J].农业机械学报，2006，37（9）：208-210.