摩托车车架振动控制及优化探讨

摩托车车架振动控制及优化探讨
摘要：在摩托车制造过程中，振动水平是衡量其品质的一个重要指标。

由于摩托车的振动问题，不但会影响其平顺性和乘坐舒适性，还会引起车身及相关零件的疲劳损坏。

因此，在摩托车的研发和生产中，车架的设计是非常重要的。

关键词：摩托车车架；振动控制；优化
引言
目前，我国摩托车市场正呈现出年轻化、个人化的趋势，这对摩托车的振动舒适度、行驶安全性等方面的要求也越来越高。

所以，对摩托车的振动特征进行研究是很有必要的。

因此，需要针对某型摩托车车架、主副脚的振动特性，运用实验、理论、仿真等手段对其进行研究。

一、摩托车车架的合理性研究
（一）摩托车车架的设计理念
实践证明，对于摩托车的寿命及平顺性，车架的振动性能是最直接的。

为使其更具实用性、更具品质、更具效率，各生产企业都在不断地改变自己的思维，不断地进行设计，不断地进行创新，以求更好地完成摩托车车架的设计。

因为整个车架结构的合理与否，直接影响到行车的安全与平顺性，所以在车架结构的设计中，必须要达到车架的强度与硬度、精度、质量、成本、外观等方面的要求。

（二）摩托车车架振动的影响因素
第一，外部激励对车架振动的影响。

从过往使用者的经验来看，摩托车在驾驶过程中，最大的动力来源是路面状况与发动机。

所以，在摩托车车体中，应具备与之相适应的力学属性。

在摩托车结构中，由于自身的固有频率和外部激励频率的相互影响，摩托车结构容易发生谐振，从而导致结构的严重破坏。

不平整的路面会对框架的振动性能产生影响。

以砂砾路为对象，通过横向对比分析，发现
同等速度下，砂砾路的砂砾路较砂砾路更好。

因此，在摩托车车架建造时，应依
据应用情况及有关需求，对车架的有关构造参数作适当的调整[1]。

第二，整车结构对车架振动的影响。

在摩托车的构造中，发动机一般都是由
螺丝与车体相连的，由于发动机的重量较大，因此它是一种振动源。

对电机的激励，主要来源于由曲轴机构所产生的力和力矩，其中包含了交流惯性运动、旋转
惯性力、气体力和倾斜离合器力矩，这些力矩与曲轴的力矩的方向是相反的。

汽
力作用在机体上，彼此抵消，从而使机体上仅出现张、压应力。

拉力或压力场只
经由船身把倾覆力矩、交变惯性和转动惯性力传给支座，而不是传给船外的支座。

在电动机的运行工况下，电动机的励磁体与电动机的机架之间会产生频率的耦合。

为此，必须加强对其构造特征的改进。

分析了频率、振幅、振型以及阻尼系数对
摩托车车身的影响。

随着模式阻尼率的增大，结构自身的阻尼率也随之增大，从
而实现了对振动的有效抑制。

改进的方法包括：提高振动的频率和降低振动的衰减。

针对摩托车体为低阻尼钢，提出了在同一激励下加入阻尼物质，使其具有较
低的频响函数幅值和较大的减振效果。

所以，在具体的摩托车构型设计中，对构
型进行优化设计时，必须对其进行合理的设计。

第三，车架材质对车架振动的影响，框架的强度是影响框架自振频率的主要
因素。

为了提高车身的减振性能，降低车身对外部激励的响应，必须提高车身的
刚度。

而框架的强度受很多因素的影响，包括框架的构造形式、几何参数、框架
的断面形式和规格、材料和加强板的布置等[2]。

二、摩托车车架设计的优化方案及建议
（一）根据实际装配需要进行车架设计
为保证摩托车车架的设计与制造，必须对摩托车车架的主要部件进行设计与
控制，使摩托车车架的设计与制造都能达到实际的组装要求。

在此背景下，只有
在确定了车架的振动特征后，才能按照科学化和实用性的要求，进行车架的构造，才能使车架的综合性能得到全方位的提升。

（二）在设计中减少车架振动特性
在摩托车架的设计过程中，如何对其进行有效的控制，以使其具有更强的指
向性与关联性，从而提高其设计的质量与效率。

为使车架具有良好的减震性能，
雇员必须全面了解并学习现有的设计与研究成果。

在此基础上，运用有目的的方法，对车架的结构进行了调整与优化。

在进行机架部件的设计与研制时，只要按
照所要安装的构型进行定位，就可以不求其关键参数。

这样可以保证在机架的大
小改变时，部件的大小也会改变。

因此，对主要框架大小的决定应当在决定了主
要框架大小后自动产生。

在保证构架设计的正确性的前提下，可减少构架时间和
建造费用。

（三）控制外部激励对车架振动特性的影响
在摩托车车架的建造中，必须保证摩托车车架的设计是合理的。

在此基础上，依据科学、实用的原理，从路面激励与发动机振动两个角度，对路面激励下的车
架振动进行有效处理，使其振动频率保持在一个合理的区间，以保证车架的稳定，延长其使用寿命，提升其设计合理性[3]。

（四）主脚蹬振动改进设计
要提高主脚的减振效果，就必须尽量避免或减小主脚的谐振。

通过对齿轮的
合理设计，降低了发动机的转速。

通过增大脚踏的刚性和增大脚踏自身的质量，
可以有效地减小脚踏的振动对外界的影响。

由于重量的增加与框架的轻质量的设
计相对照，所以假定的最优选择见图1。

其中，为了增强主脚蹬的刚性，还在分
支管道上加一层厚度为0.5 mm的金属薄壳。

图1 主脚蹬结构优化
（五）副脚蹬振动改进设计
副脚蹬的振动问题是副脚蹬与车架的左右上支承梁刚性地相连，并伴随着左
右上支承梁的内外夹持移动而振动。

为防止或减弱左右支承梁模态偏移，优选出
的最优解见图2。

尤其是在车架左右两根主梁的中央，靠近副脚踏的位置，焊接
一根20 mm高品质碳钢板制作的横向“方管”，增强了车架左右两根主梁的刚度。

图2 副脚蹬位置的车架结构优化
三、试验验证
在此基础上，对优化后的摩托车进行振动测试。

图3所示为原车与经改造后
的摩托车在各测量点上的对比振幅分布。

从图3 （a）和图3 （b）可以看出，
经过改良设计后，在6500 r/min时，左、右主踏板的共振特性被消除了，改款
车辆的振动线性被很好地控制在一般速度范围内，没有明显的共振特征，振幅变
化平稳，具有明显的振动改善效果。

如图3 C和 D）所示，这种改进的结构在抑制副脚踏的不正常的振动方面有
很大的作用。

在高转速下，左副脚踏在7500转/分左右时，谐振放大现象显著降低，谐振振幅由18克下降到10克，降低了45%。

其它转动部分的振动得到很好
的控制，振幅曲线变得很稳定，且在7000 r/min时，右副脚踏的谐振峰由9克
下降到5克。

从图3 （e）和 f）可以看出，在经过了车架结构的优化设计之后，车把、
坐垫等部位的振动趋势与原车类似，振幅变化比较平缓，一直维持在一个较低的
振动水平。

经改造后，其总体振幅与原有车型有较大差异，且减振效果较好。

在
实际使用中，经改造后之摩托车在减震及减震效果上均有明显改善。

图3 原车与改型车各测点振幅曲线
结语
目前，国内外对其进行了大量的试验研究，但试验过程中存在着周期长、费
用高、不能准确预测其对试验结果的影响等问题。

因此，通过合理选择框架和车
身外形，优化设计，以及合理的局部构造，可以有效地降低车身的振动，改善车
辆的乘坐平顺性。

同时，合理的组装技术对改善摩托车的性能与品质起着至关重
要的作用。

在摩托车发动机中增设一根平衡轴，可使一次柱塞型惯性力大大减小，使摩托车的振源振幅减小，使摩托车的总体振动得到了明显的改善。

采用弹性悬
挂技术，可以有效地降低摩托车发动机对车身的震动对车身的影响。

利用摩托结
构的有限元模型，可以快速、方便地对不同的改进方案进行试验，也可以对其进
行虚实化分析，从而达到改善摩托结构振动的目的。

参考文献：
[1] 雷鹏,黄国鹏,贾志超,等. 基于振动控制的摩托车车架结构优化[J]. 科技和产业,2021,21(10):314-319.
[2] 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(10):219-221.
[3] 徐贵平,张安祥,陈华新. 摩托车发动机的振动及其控制[J]. 中国水运（理论版）,2007,5(3):200-201.。