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(huì)直接的影響到整個(gè)摩托車的力學(xué)特征。文章針對(duì)125型跨騎式摩托車車架構(gòu)建了有限元分析模型，并對(duì)該摩托車車架的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)車架中存在的問(wèn)題，最后針對(duì)所發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，提出了對(duì)摩托車車架結(jié)構(gòu)的固有頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)的方法。

1.引言

摩托車在高速行駛的過(guò)程中，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的設(shè)計(jì)可以滿足安全性要求，但是摩托車結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性能有時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中考慮的不夠全面，這又會(huì)對(duì)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(huì)直接的影響到整個(gè)摩托車的力學(xué)特征，摩托車車架的性能會(huì)對(duì)摩托車的動(dòng)態(tài)性能產(chǎn)生較為直接的影響，因此有必要對(duì)摩托車車架的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行分析，以此來(lái)達(dá)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(dòng)態(tài)性能的關(guān)鍵，同樣也是緩解摩托車震動(dòng)的一個(gè)關(guān)鍵所在。因此，本文通過(guò)分析研究摩托車車架的動(dòng)態(tài)性能，從中找出摩托車車架在結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)上的不足，并針對(duì)所發(fā)現(xiàn)的不足進(jìn)行科學(xué)合理的修正和完善，希望可以對(duì)提高摩托車車架的動(dòng)態(tài)性能的提高有一定的實(shí)踐意義。

2.摩托車車架的動(dòng)態(tài)特性分析

有限元分析（FEA，F(xiàn)inite ElementAnalysis）利用數(shù)學(xué)近似的方法對(duì)真實(shí)的物理系統(tǒng)進(jìn)行模擬分析。其主要思路是利用簡(jiǎn)單而又相互作用的元素（即單元）去逼近無(wú)限未知量的真實(shí)系統(tǒng)。隨著云計(jì)算技術(shù)和計(jì)算算法的不斷提升，有限元分析方法在工業(yè)工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越普遍，有限元分析方法現(xiàn)今成為一種解決復(fù)雜工程分析計(jì)算問(wèn)題的有效途徑，其在機(jī)械設(shè)計(jì)、材料加工、航天航空、汽車、建筑、電子、國(guó)防、船舶以及石油等各個(gè)領(lǐng)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(shí)，需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析，對(duì)摩托車結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)分析的首要步驟就是進(jìn)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(yīng)結(jié)果，分析得到的主要結(jié)果包含振動(dòng)結(jié)構(gòu)上關(guān)心點(diǎn)的位移、應(yīng)力、應(yīng)變等。

本部分在利用有限元分析方法對(duì)摩托車構(gòu)建有限元分析模型，對(duì)某125型跨騎式摩托車車架的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析。

（1）路面激勵(lì)對(duì)摩托車車架動(dòng)態(tài)性能的影響分析

路面是摩托車運(yùn)行的場(chǎng)所，路面的不平整會(huì)對(duì)在路面上行駛的摩托車車輪造成位移和沖擊的擾動(dòng)，這種隨機(jī)擾動(dòng)會(huì)使得摩托車發(fā)生劇烈的震動(dòng)，從而引起摩托車乘員和駕駛員的不適，甚至?xí)沟媚ν熊嚦霈F(xiàn)失控等嚴(yán)重故障。

通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，摩托車的速度對(duì)摩托車車架動(dòng)態(tài)性能有一定的影響，時(shí)間頻率f的具體計(jì)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(dāng)路面激勵(lì)頻率與摩托車車架結(jié)構(gòu)頻率相等時(shí)，摩托車就會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象。然而通過(guò)對(duì)現(xiàn)在摩托車的一般行駛速度和現(xiàn)實(shí)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(dòng)機(jī)激勵(lì)對(duì)摩托車車架動(dòng)態(tài)性能的影響分析

當(dāng)摩托車的發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)，由于摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)硬件的慣性荷載，發(fā)動(dòng)機(jī)就會(huì)受力不均勻，從而導(dǎo)致了摩托車車架的振動(dòng)。通過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的二階慣性力頻率與摩托車車架的模態(tài)頻率一致時(shí)，就會(huì)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(shí)，摩托車車架的模態(tài)頻率與摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)的二階慣性力頻率有重疊的部分，這樣可能會(huì)導(dǎo)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(dòng)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(dòng)態(tài)性能，降低摩托車振動(dòng)幅度，需要對(duì)摩托車車架結(jié)構(gòu)的固有頻率進(jìn)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(dòng)機(jī)的二階慣性力頻率不會(huì)發(fā)生重疊。具體的改進(jìn)方案有以下兩個(gè)方面。

（1）加強(qiáng)摩托車車架結(jié)構(gòu)中的薄弱構(gòu)件

加強(qiáng)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(lái)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(lái)的1.5mm變成2.Omm。

（2）摩托車車架連接處接入加強(qiáng)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(dòng)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(qiáng)板。具體來(lái)說(shuō)，可以在此處設(shè)置一個(gè)長(zhǎng)度為166mm，寬度為40mm，厚度為2mm的加強(qiáng)板，其中該加強(qiáng)板的材料彈性模量E為149.8GPa。

4.結(jié)論

文章首先針對(duì)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(gòu)建的有限元分析模型的基礎(chǔ)上研究了路面平整度激勵(lì)和發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)兩個(gè)干擾對(duì)摩托車振動(dòng)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(dòng)較大和摩托車車架的模態(tài)頻率與摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)的二階慣性力頻率有重疊的部分兩個(gè)問(wèn)題，最后針對(duì)所發(fā)現(xiàn)的兩個(gè)問(wèn)題，對(duì)摩托車車架結(jié)構(gòu)的固有頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了摩托車車架的減振優(yōu)化。

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