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。