杨军
广州大运摩托车有限公司
摘要：车架是摩托车的重要结构，车架的结构承载着整个车身的力学特性。因此，车架的质量对于摩托车整体性能有着重要的影响，对于摩托车使用者的安全也有着重要的影响。由此可见，对于摩托车架的可靠性结构进行研究对于摩托车的发展具有现实性的作用。本文先对摩托车架的可靠性进行综合分析，通过研究和分析发现摩托车架产生共振的因素。然后通过建立和分析摩托车架的有限元模型探究了从车架优化设计改善摩托车的共振的方法。最后从车架构型的选择和车架悬架结构优化设计两个方面分析了摩托车架的可靠性结构优化设计。希望对摩托车车架的稳定性提供一定的参考和帮助。
关键词：摩托车架；可靠性结构；优化设计
1.摩托车架的可靠性分析
摩托车在行驶过程中，车架会受到发动机运行的惯性力和车轮与地面接触时产生力的共同影响，在这些力的影响之下，具有不同质量支架的摩托车会产生一定程度的共振，影响摩托车使用者的用车体验。因此，为了提高摩托车的性能就要对摩托车架的可靠性进行优化，而对车架优化的目的就是缓解共振。
1.1摩托车共振影响因素的实验
总的来说，使摩托车发生共振的原因有发动机运转和车轮与地面的接触两个方面。人体对于振动的感知与车身的震动幅度、频率以及振动部位、振动时间都有关系。实验发现，当摩托车振动频率在40-100Hz、振幅在0.05-1.3 mm之间时，人体对于振动的感知最为强烈，也就是骑乘舒适性最差。而对于震感的来源设置了车把手、脚踏和鞍座三个部位，通过对振动的感知来判断振动情况。首先，试车员分别以低速、中速和高速行驶，在行驶过程中对三个测试部位进行震动感知的记录。其次，由专业的摩托车评价员先对整车的性能进行评价，通过专业设备采集整个车身的振动图谱，并将数据记录下来。然后在车的不同部位装上感应器，在车的使用过程中收集感应器的数据信息。
1.2摩托车共振的影响因素的分析
通过调查发现，首先，摩托车在使用过程中人们的实际震感与车速有很大的关系，而车速体现在摩托车上也就是发动机的转速。其次，在车速条件一定的情况下，摩托车的震感则与路面情况有关。车轮与不平整路面相互接触而产生的车身共振可以通过安装避震器来缓解。因此对于发动机运转过程中产生的共振则可以通过改变车架的结构来缓解。
2.摩托车改善共振的方法
2.1摩托车架有限元模型的建立
以某品牌125型号跨骑式摩托车为例对其车架进行分析发现，该车架是由很多不同大小和长度的管板材进行焊接之后组成的。首先对该车架重要的焊接组件建立起三维立体的模型，然后通过相关软件对该模型进行有限元的处理，也就是运用shell单元将车架的焊接组件划分到有限元的网格中。处理过程中最重要的是对发动机的处理，具体的方法是在视为质量集中体的基础上，在质心上建立节点，并通过在节点处创建零维来集中质量单元。发动机与车架的接口处创建多点约束，将二者通过杆单元连接起来。在各个焊接点设立基本点，并通过这些点将各个单元进行片状的连接。最后通过各个节点和单元建立起车架的有限元模型。并通过对模型进行相关实验验证了建立模型的准确性。
2.2从车架优化设计改善摩托车的共振
目前市场上的摩托车车架根据形态不同可以分为跨接式、脊梁式、摇篮式和弯梁式四种，根据组件用材又可以分为板式、管式和管板式三种。网架结构的力学结构简单但可以满足不同而设计要求，因此被广泛地应用到各种设计当中。对于摩托车车架来说，摇篮式的车架结构与网架结构最为接近，因此此种车架最为实惠，而且缓解共振的效果最好。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆具体的原因是网架结构在摩托车使用过程中可以对一部分的振动进行隔绝和吸收，使振动力的作用点分散到各个方向去，从而降低振动的幅度。
3.摩托车架的可靠性结构优化设计分析
3.1车架构型的选择
摩托车的车架不仅要保证骑乘者的舒适性，缓解使用过程中的共振，同时还要考虑对整个车身的外形结构的影响和经济实用性。根据上述的分析可知，圆管摇篮式的车架的效果最好，实用性最高。但是为了保证减震的效果，要选择刚度和柔度都合适的组建用材。
3.2车架悬架结构优化设计
摩托车车架减震性能不仅与车架构型有关，还与车架上的朱悬架结构有着密不可分的联系。车架的悬架结构包括主悬架板和前悬挂版两部分。
3.2.1车架主悬架结构优化设计
主悬架板位于发动机后部。在进行相关研究之后发现，发动机对车身的振动源于机身前端的部位，摩托车在使用时的运动方式是顶杆和连杆进行往复交错，这种运动方式对于后悬挂点来说，相当于多了一个受力结构，这个悬臂可以是前部的受力分散。因此，在设计车架的主悬架的时候要在满足发动机装配要求和运动方式的基础上设计较短的力臂，也就是说要尽量缩短主悬挂点与主结构梁之间的距离，这样可以提高发动机主悬架的稳定性，缓解共振的现象。悬架根据结构和形态的不同可以分为吊臂式悬架和组合板式悬架两种。其中吊臂式悬架结构和形态都比较简单，质量也相对较轻，在价格方面也更为优惠，而且能够适应于配挂结构的精良设计。除此之外，吊臂式悬架结构自身振幅更小，及时车架没有安装疲惫强度较高的高端发动机也可以实现较好的减震效果。组合式悬架结构较为复杂，质量较大，生产成本也很高，但是相比于吊臂式组合式悬架缓解振东的效果更好，对于构型和设计都比较简单的低端发动机来说更容易配挂。综上所述，就缓解共振来说，组合式悬架配挂更加可靠，是发动机车架最合适的选择。
3.2.2车架前悬架板优化设计
发动机振东的源头是位于前端位置，因此对于前悬架板的要求更高，也就是说摩托车车架前悬架板的结构对于车架的减震能力具有重要意义。车架前悬架根据组装结构的不同可以分为片式和整体式两种。其中分片式悬架板是由两个独立分开的相对平面组合而成的，特点是结构相对简单、安装更加便捷、价格也相对低廉，但是如果配挂稳定性低的低端发动机的化会使摩托车整个车身的振动加剧，影响骑乘者的使用感受。而整体式的悬架板的两个向独立的面是由连扳进行连接的，结构更为复杂、价格也相对更高，但是正是由于这样增强了刚性、结构也更加稳固。配挂于不同种类的发动机时都可以有效吸收振动并且将吸收的振动向四周进行分散，大大减弱了整个摩托车车身的振幅。因此，整体式前悬架板是更加可靠的结构。
结语
综上所述，本文在分析摩托车共振的影响因素的基础上，以某品牌125型号跨骑摩托车为例，对摩托车车架进行了建模分析，通过优化车架结构，降低了摩托车车架各个部位的振动频率，避免了由于摩托车共振问题引起的一系列安全问题，提高了摩托车使用性能的同时保证了骑乘者的舒适性和安全性。
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论文作者:杨军
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第12期
论文发表时间:2019/9/19
标签：车架论文; 摩托车论文; 结构论文; 悬架论文; 发动机论文; 摩托论文; 车身论文; 《中国西部科技》2019年第12期论文;