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1、摩托车消声器传递损失的仿真模拟计算首届用户大会论文集 2006 LMS 1基于模态实验的摩托车车架动态特性分析基于模态实验的摩托车车架动态特性分析 罗春其,谢德云，汪先国，杨振东 重庆建设技术中心 摘要：通过对某款 125 摩托车车架的实验模态分析，找出了该车架的动力学结构缺陷，并通过增加加强管，改变横梁截面形状等措施，提高了车架的固有频率，从而提高车架的抗振能力，改善车架动态特性。 关键字：摩托车车架、实验模态、动特性分析、减振优化 Analysis of Dynamic Characteristics of Motorcycle Frame Based on Experimental Mo
2、de Analysis Abstract: Performing experimental modal analysis of a 125 style best- riding motorcycle frame, we found out the dynamic defects in it and then modified them accordingly. This did good to improve the dynamic properties and reduced the vibration of the whole motorcycle. Key words : motorcy
3、cle frame; experimental mode analysis; dynamic characteristics ; vibration reduction optimization 1.前言前言 随着人们生活水平的提高，消费者对摩托车的乘骑舒适性提出了更高要求，振动问题日益突出并困绕着摩托车行业的发展。引起整车振动的主要振源是发动机激励，它包括汽缸爆发力、往复惯性力和离心惯性力。来自发动机的振动经由与之刚性连接的车架向车体各部位传播，从而引起乘骑人员的不适。 若车架的固有频率在发动机的常用转速激励范围内，则引起共振现象的发生，在单缸发动机往复惯性力中，一阶往复惯性力起主导作用，它
4、引起整车以转速为基频的振动。 本文通过对某 125 摩托车车架进行模态分析，找出了该摩托车车架结构的动力学缺陷并进行具体的结构改进，对改进后的车架再次用模态实验进行验证，达到了提高车架抗振能力、摩托车消声器传递损失的仿真模拟计算首届用户大会论文集 2006 LMS 改善车架结构动态性能的目的。 2. 车架的实验模态分析车架的实验模态分析 采用 16 通道的 LMS 模态分析测试系统，对该车架进行模态实验分析，用锤击法得到车架的前 5 阶固有频率和振型。 实验时，选择合适的橡皮绳将车架悬挂，模拟车架的“自由-自由”状态1，用力锤对车架施加瞬态脉冲冲击激励，同时用加速度传感器采集加响应信号。图 1
5、 是测试系统原理图。 图 1 测试系统原理图 由于整个车架是刚性结构，完全满足 Maxwell 互异性原理，我们采用多点激励，多点输出的方法进行实验。图 2 是采集到的频率响应函数。 图 2 车架频率响应函数 对采集得到的数据，用 Test.lab 软件中提供的估计方法得到车架的固有频率和振型。 车架的固有频率表 阶次 1 2 3 4 5 6 固有频81.6 99.6 108.2 151.5 167.4 183.4 2摩托车消声器传递损失的仿真模拟计算首届用户大会论文集 2006 LMS 率（Hz） 阻尼比(%) 0.51 0.58 0.68 0.46 0.25 0.47 图 3 第 1 阶振
6、型图 图 4 第 2 阶振型图 图 5 第 3 阶振型图 图 6 第 4 阶振型图 图 7 第 5 阶振型图 图 8 第 6 阶振型图 从各阶振型图上可以看出：第 1 阶振型表现为车架安装油箱处左右摆动剧烈+车架座垫安装处左右摆动+ 车架颈部上下摆动+ 车架尾部左右摆动;第 2 阶振型表现为:车架和发动连接的后悬挂处左右剧烈摆动+车架颈部剧烈上下摆动+ 车尾上下摆动;第 3 阶振型表现为: 车头部、车尾部上下摆动+发动机后悬挂处的上下振动，整个车架呈现弯曲变形;第 4 阶振型表现为: 车架头部振动轻微， 发动机悬挂处前后振动剧烈;第 5 阶振型表现为:车尾上下剧烈摆动3摩托车消声器传递损失的仿
7、真模拟计算首届用户大会论文集 2006 LMS 4+ 车架前部上下振动;第 6 阶振型表现为车架和发动连接后悬挂处左右摆动+ 连接发动机的前悬挂处左右摆动+车尾上下摆 摩托车在行驶过程中，车架要受到由车轮传来的路面不平度的激励和发动机工作时自身运动件惯性载荷的激励，是在动载荷环境下工作的。摩托车车架结构必须具有与使用环境相适应的动力学特性，不论是弯曲，还是扭转模态必须最大限度的减少这些模态频率与激励频率之间的耦合2。将这种耦合减到最小，不仅可以提高乘坐舒适性，同时也可以使摩托车车架结构的负荷达到最小，从而提高车架结构的强度和可靠性。如果摩托车车架结构的动力学特性不能与其工作环境相适应，即结构的
8、模态频率与激励频率存在耦合，会使摩托车结构产生共振，严重时会使整车发生抖振。 发动机一般是通过螺杆刚性连接在车体上的,由于发动机的质量较大,它既是摩托车动力源,又是摩托车振动的一个振源3。发动机在工作时, 由于曲轴、连杆及活塞运动的不平衡质量而引起的一阶、二阶往复惯性力通过发动机与支架的支撑而施加在支架上。因此发动机的振动影响是不可忽略的,发动机的转速一旦达到 4896 r/ min ，5976 r/ min或 6492 r/ min 附近时,其对应的激励频率 81.6Hz, 99.6Hz,108.2Hz将与摩托车车架的第一、 二、 三阶共振频率接近,必将使摩托车车架发生共振。从摩托车车架的固
9、有振型来看,当发动机转速达 4896 r/ min附近时,1 阶振型表现为车架安装油箱处左右摆动剧烈+车架座垫安装处左右摆动+ 车架颈部上下摆动+ 车架尾部左右摆动,油箱和坐垫处的剧烈振动都必将影响乘骑舒适性。尤其值得指出的是,当发动机转速达 5976 r/ min附近时,摩托车车架的第 2 阶固有频率,其振型的表现形式更为剧烈。 其振型表现为: :车架和发动连接的后悬挂处左右剧烈摆动+车架颈部剧烈上下摆动+ 车尾上下摆动 ,将影响坐在车尾的乘客舒适性 3减振优化减振优化 3.1 改进方案改进方案 由上面的分析可知，为了改善摩托车车架结构的动态性能，有必要使车架固有频率避开发动机一阶、二阶惯性
10、载荷的频率。下面我们对车架主要构件的截面尺寸进行优化，并在关键部位设置加强管。具体改进措施如下： 将原车架横梁由板材该为管材。 在车架前部增加一根加强管。 联系相关的车架厂家，反复讨论磋商后生产出样件。 摩托车消声器传递损失的仿真模拟计算首届用户大会论文集 2006 LMS 图 9 原车架 图10 改进后车架 3.2 结构改进后的模态分析结构改进后的模态分析 对改进后的车架进行模态实验分析，得到改进后车架的前 5 阶固有频率如下： 5摩托车消声器传递损失的仿真模拟计算首届用户大会论文集 2006 LMS 6阶次 1 2 3 4 5 固有频率（Hz） 109.1 139.5197.6208.32
11、48.3 阻尼比(%) 0.92 0.48 0.56 0.37 0.53 改进后的车架和原车架相比较，第一阶频率从 81.6 Hz 上升到 109.1 Hz ，第二阶频率从99.6 Hz 上升到 139.5Hz，第三阶频率从 108.2 Hz 上升到 197.6 Hz ，各阶频率都有很大幅度提高。改进后的车架从第二阶起，基本避开了发动机常用转速范围下的激励，从而避免了共振。从观察振型看，改进以后车架第一阶车架连接油箱处、后部与后货架连接处的振动幅度明显减小。由此可见，与原来车架相比，修改后的车架第一阶振型得到改善，第二阶以上的频率避开了发动机常用转速下的激励频率，具有更好的动态性能，减少了摩托车结构的振动 4 结论结论 从上述结果可看出,改进后摩托车车架的各阶频率有所提高,低阶振型得到改善, 避免了发动机的激励,提高了摩托车的乘坐舒适性,对摩托车设计具有指导意义。 参考文献 1沃德海伦等模态分析理论与试验北京，北京理工大学出版社，2001 2张先刚，朱平摩托车车架的动态特性分析及减振优化研究中国机械工程,2005，16(12):1115 3 朱才朝,罗家元,黄泽好,等. 摩托车车架动态特性分析. 重庆大学学报,2003 ,26 (7) :1417 返回目录
