汽车制造技术现代制造工程（ＭｏｄｅｒｎＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）２０１５年第３期
摩托车车架振动和模态分析及改进设计倡
张怡１，饶建强２
（１广州城市职业学院机电系，广州５１０４０５；２华南理工大学广东汽车工程重点实验室，广州５１０６４０）
摘要：通过振动测试实验对摩托车手把、坐垫和脚踏处振动加速度进行测量，建立车架有限元模型，利用计算机仿真和模态实验两种方法对该车架的动态特性进行分析，确定车架低阶模态频率和振型，通过对仿真结果和实验结果的比较证明所建立有限元模型的正确性。对摩托车所受外界激励进行分析，确定引起共振的原因。对车架进行改进设计，并通过仿真和实验分析证明改进后的车架低阶模态频率明显提高，能够避开发动机激励，提高整车的舒适性。
关键词：振动测试；模态分析；摩托车车架；路面激励；发动机激励
中图分类号：Ｕ４８３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７１—３１３３（２０１５）０３—００５１—０５
Vibration and modal analysis of motorcycle frame and its improvement design
ＺｈａｎｇＹｉ１，ＲａｏＪｉａｎｑｉａｎｇ２
（１ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＧｕａｎｇｚｈｏｕＣｉｔｙＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０４０５，Ｃｈｉｎａ；
２ＧｕａｎｇｄｏｎｇＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６４０，Ｃｈｉｎａ）
Abstract：Ｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｍｏｔｏｒｃｙｃｌｅｈａｎｄｌｅｂａｒ，ｃｕｓｈｉｏｎａｎｄｐｅｄａｌｓａｒｅｍｅａｓｕｒｅｄｂｙｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｆｒａｍｅｉｓｃｒｅａｔｅｄ，ｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｆｒａｍｅａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｂｙｔｈｅｃｏｍｐｕｔｅｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｍｏｄａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｗｈｉｃｈｃｏｎｆｉｒｍｓｔｈｅｌｏｗｍｏｄａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｖｉｂｒａｔｉｏｎｍｏｄｅ．Ｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｆｒａｍｅｉｓｒｅｌｉａ－ｂｌｅｂｙｃｏｍｐａｒｉｎｇｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｗｉｔｈｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｅｒｅａｓｏｎｏｆｒｅｓｏｎａｎｃｅｉｓｃｏｎｆｉｒｍｅｄｂｙｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｍｏ－ｔｏｒｃｙｃｌｅｕｎｄｅｒｅｘｔｅｒｎａｌｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｆｒａｍｅｄｅｓｉｇｎｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｔｈｅｌｏｗｍｏｄａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｄｆｒａｍｅｉｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｓｉｇ－ｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｂｙｔｈｅｃｏｍｐｕｔｅｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｍｏｄａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｗｈｉｃｈｃａｎａｖｏｉｄｔｈｅｅｎｇｉｎｅｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｖｅｈｉ－ｃｌｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｃｏｍｆｏｒｔｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄ．
Key words：ｖｉｂｒａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ；ｍｏｄａｌａｎａｌｙｓｉｓ；ｍｏｔｏｒｃｙｃｌｅｆｒａｍｅ；ｒｏａｄｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ；ｅｎｇｉｎｅｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ
０ 引言
摩托车车架是发动机、油箱及其他总成的安装机体，对乘员起到支承作用。车架的结构和动态特性直接决定了整车的力学性能，影响整车的操纵稳定性、乘坐舒适性和行驶安全性。摩托车在行驶过程中一方面受到发动机工作过程中曲轴、连杆和活塞等运动件产生的周期变化的载荷激励，另一方面受到车轮传来的由于路面凹凸不平对其产生的激励［１－２］。当外界激励的频率与车架自身的固有频率一致时就会产生共振，振动通过左右手把、座椅和左右脚踏等接触件传递到驾驶员，直接影响人体的驾驶感受。缓解摩托车振动的关键在于避免与外界激励产生共振，因此对车架进行动态特性分析就显得尤为重要［３－４］。
动态特性分析时首先应对整车振动水平进行评价，邹喜红、石晓辉和李加庆等人［５－７］讨论了摩托车振动舒适性的评价方法，提出了评价部位、评价指标、评价方法和实验条件等。模态分析是对车架进行动态特性分析的有效方法，徐中明、黄泽好和李曙生［８－９］等人对摩托车车架模态分析的计算机仿真方法和实验方法进行了研究，从有限元模型的建立、模态仿真分析、实验的具体操作建立了较为成熟的规范。
某企业１５０跨骑式摩托车在行驶过程中存在强烈振感，本文针对该问题首先通过整车振动测试实验，找出最大振动发生的位置及振动时发动机的转速和车速的范围；通过仿真和实验对车架进行模态分析，求解车架低阶模态频率和振型；根据仿真和实验结果确定振动原因，提出改进方案，并通过振动测试实验
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倡广东省汽车工程重点实验室开放基金项目