摩托車車架的動態(tài)特性分析及減振優(yōu)化研究

陳林

摘要：摩托車的車架是摩托車的軀干，摩托車的車架結(jié)構(gòu)會直接的影響到整個摩托車的力學特征。文章針對125型跨騎式摩托車車架構(gòu)建了有限元分析模型，并對該摩托車車架的動態(tài)性能進行分析，發(fā)現(xiàn)車架中存在的問題，最后針對所發(fā)現(xiàn)的問題，提出了對摩托車車架結(jié)構(gòu)的固有頻率進行調(diào)節(jié)的方法。

1.引言

摩托車在高速行駛的過程中，其結(jié)構(gòu)強度的設計可以滿足安全性要求，但是摩托車結(jié)構(gòu)的動態(tài)性能有時在設計的過程中考慮的不夠全面，這又會對摩托車乘坐的舒適度產(chǎn)生一定的影響。摩托車的車架是摩托車的軀干，是摩托車結(jié)構(gòu)的必不可少的支撐結(jié)構(gòu)和最重要的組成部分，摩托車的車架結(jié)構(gòu)會直接的影響到整個摩托車的力學特征，摩托車車架的性能會對摩托車的動態(tài)性能產(chǎn)生較為直接的影響，因此有必要對摩托車車架的動態(tài)性能進行分析，以此來達到摩托車減震優(yōu)化的目地。

防止摩托車的車架出現(xiàn)共振的情況是提升摩托車動態(tài)性能的關(guān)鍵，同樣也是緩解摩托車震動的一個關(guān)鍵所在。因此，本文通過分析研究摩托車車架的動態(tài)性能，從中找出摩托車車架在結(jié)構(gòu)動力學上的不足，并針對所發(fā)現(xiàn)的不足進行科學合理的修正和完善，希望可以對提高摩托車車架的動態(tài)性能的提高有一定的實踐意義。

2.摩托車車架的動態(tài)特性分析

有限元分析（FEA，F(xiàn)inite ElementAnalysis）利用數(shù)學近似的方法對真實的物理系統(tǒng)進行模擬分析。其主要思路是利用簡單而又相互作用的元素（即單元）去逼近無限未知量的真實系統(tǒng)。隨著云計算技術(shù)和計算算法的不斷提升，有限元分析方法在工業(yè)工程設計領域的應用已經(jīng)越來越普遍，有限元分析方法現(xiàn)今成為一種解決復雜工程分析計算問題的有效途徑，其在機械設計、材料加工、航天航空、汽車、建筑、電子、國防、船舶以及石油等各個領域得到了的廣泛研究使用。

在分析摩托車的結(jié)構(gòu)分析時，需要進行結(jié)構(gòu)的靜態(tài)和動態(tài)分析，對摩托車結(jié)構(gòu)的動態(tài)分析的首要步驟就是進行模態(tài)分析。所謂模態(tài)分析就是求出系統(tǒng)模態(tài)特性，然后再施加初始條件和激振力，最終求出系統(tǒng)迫振響應結(jié)果，分析得到的主要結(jié)果包含振動結(jié)構(gòu)上關(guān)心點的位移、應力、應變等。

本部分在利用有限元分析方法對摩托車構(gòu)建有限元分析模型，對某125型跨騎式摩托車車架的動態(tài)特性進行分析。

（1）路面激勵對摩托車車架動態(tài)性能的影響分析

路面是摩托車運行的場所，路面的不平整會對在路面上行駛的摩托車車輪造成位移和沖擊的擾動，這種隨機擾動會使得摩托車發(fā)生劇烈的震動，從而引起摩托車乘員和駕駛員的不適，甚至會使得摩托車出現(xiàn)失控等嚴重故障。

通過研究發(fā)現(xiàn)，摩托車的速度對摩托車車架動態(tài)性能有一定的影響，時間頻率f的具體計算為：f=v，其中v是指摩托車的行駛速度，Q為路面的空間頻率。當路面激勵頻率與摩托車車架結(jié)構(gòu)頻率相等時，摩托車就會發(fā)生共振現(xiàn)象。然而通過對現(xiàn)在摩托車的一般行駛速度和現(xiàn)實路面狀況的分析可以發(fā)現(xiàn)由于路面的不平整所造成的摩托車車架共振可能性較小。

（2）發(fā)動機激勵對摩托車車架動態(tài)性能的影響分析

當摩托車的發(fā)動機在工作時，由于摩托車發(fā)動機的相關(guān)硬件的慣性荷載，發(fā)動機就會受力不均勻，從而導致了摩托車車架的振動。通過相關(guān)實驗我們發(fā)現(xiàn)，當發(fā)動機的二階慣性力頻率與摩托車車架的模態(tài)頻率一致時，就會造成摩托車車架發(fā)生共振現(xiàn)象。具體分析125型跨騎式摩托車車架可以發(fā)現(xiàn)車架與后貨架連接處振幅較大，同時，摩托車車架的模態(tài)頻率與摩托車發(fā)動機的二階慣性力頻率有重疊的部分，這樣可能會導致摩托車車架發(fā)生共振。

3.摩托車車架的減振優(yōu)化

綜合第二部分的摩托車車架的動態(tài)特性分析可以知道，為了改善摩托車車架結(jié)構(gòu)的相關(guān)動態(tài)性能，降低摩托車振動幅度，需要對摩托車車架結(jié)構(gòu)的固有頻率進行調(diào)節(jié)，從而使得摩托車車架的模態(tài)頻率與摩托車發(fā)動機的二階慣性力頻率不會發(fā)生重疊。具體的改進方案有以下兩個方面。

（1）加強摩托車車架結(jié)構(gòu)中的薄弱構(gòu)件

加強摩托車車架結(jié)構(gòu)中的薄弱構(gòu)件，可以改變摩托車車架結(jié)構(gòu)的固有頻率，從而減少摩托車發(fā)生共振的概率。具體的摩托車薄弱構(gòu)件的修改如下：a.摩托車坐墊的左右支持管由原來的20mmX2.Omm的壁厚更該為2.5mm：b.摩托車左右支持彎管由中20miX2.Omm的壁厚同樣加厚5mm變成2.5mm的厚度：c.摩托車左右托架有原來的1.5mm變成2.Omm。

（2）摩托車車架連接處接入加強板

從上部分分析可以知道，125型跨騎式摩托車車架與后貨架連接處的振動較大，因此，本文建議在摩托車車架和后貨架的連接處接入加強板。具體來說，可以在此處設置一個長度為166mm，寬度為40mm，厚度為2mm的加強板，其中該加強板的材料彈性模量E為149.8GPa。

4.結(jié)論

文章首先針對125型跨騎式摩托車車架構(gòu)建了有限元分析模型，其次在所購建的有限元分析模型的基礎上研究了路面平整度激勵和發(fā)動機激勵兩個干擾對摩托車振動的影響，發(fā)現(xiàn)125型跨騎式摩托車車架可以發(fā)現(xiàn)車架與后貨架連接處振動較大和摩托車車架的模態(tài)頻率與摩托車發(fā)動機的二階慣性力頻率有重疊的部分兩個問題，最后針對所發(fā)現(xiàn)的兩個問題，對摩托車車架結(jié)構(gòu)的固有頻率進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了摩托車車架的減振優(yōu)化。

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