踏板型摩托車手把振動的改善

摘要：利用HyperMesh軟件建立某踏板型摩托車整車模型，利用RADIOSS求解器進行模態分析和瞬態響應分析。通過模態分析找出該車型手把振動問題的原因，提出解決方案，并利用瞬態響應分析進行了驗證。
關鍵詞：摩托車 振動 模態分析 瞬態響應分析 HyperMesh RADIOSS

0 引言

摩托車乘騎舒適性就是保持摩托車在行駛過程中乘員所處的振動環境具有一定舒適度的性能,該性能一直是衡量摩托車綜合性能的主要指標。在某踏板型摩托車開發前期，經對參考樣車的振動評價認為其手把管振動過大，超出了標準值。為此，利用HyperWorks對該車型的手把進行振動分析，并提出解決方案。

1 建立有限元模型

1.1 網格劃分

根據分析的需要，我們建立了整車的部分三維模型，包括車架、手把、發動機吊架等部件，并利用HyperMesh劃分成2D網格，其余未建立三維模型的部件則利用HyperWorks提供的單元來模擬，如彈簧單元、質量單元等。整車模型如圖1所示。

圖1 整車有限元模型

1.2 約束條件

為便于與臺架試驗做對比，整車約束條件模擬摩托車臺架試驗的約束方式，即前輪夾死，后輪自由放置在轉轂上。

1.3 載荷定義

定義瞬態響應分析所需要的載荷，這里只考慮發動機活塞-曲軸系慣性力對整車振動的影響，忽略整車所受其他載荷。以1.39E-5秒（RPM6000）為間隔分別計算出8192個點共0.1秒鐘時間內的Fx和Fy的值，分別繪制出Fx和Fy的時間-力曲線，如圖2所示。載荷施加位置是發動機質心位置。

圖2 Fx和Fy的時間-力曲線

2 進行約束模態分析

整車模態如果與發動機激勵頻率重合，引起共振，則會造成整車較大的振動。但是由于發動機的激勵頻率比較寬，在20Hz~150Hz之間，整車要完全避開共振是不現實的，一般要保證在整車常用速度段（50Hz～100Hz）內共振點較少且共振幅值較低。因此利用RADIOSS求解器對整車約束模型進行模態分析，了解其模態頻率的分布及振型。

從模態分布表（表2）可以看出在常用速度段內有8個模態（第7～14階）；從振型（表3，圖3）來看，從第7～16階模態基本都是手把的局部模態，而且與常用速度段重合。可見手把振動是整車的主要振動，這與整車的實際振動情況相一致。

表2 模態分布表

表3 模態振型分布表

通過整車的模態可以看出：手把的局部模態較多，要改善手把振動最好辦法是直接針對手把的調整，使我們的工作有了明確的目標。為調整手把的模態分布對手把的質量及質量分布進行調整，并進行了同等條件的模態分析。結果表明：常用速度段內有7個模態（第9～15階，見表3），第7～13階模態是手把的局部模態。這樣，減少了常用速度段內手把的局部模態，同時其模態特征值也有不同程度的降低，從而減低了手把的振動。

3 瞬態響應分析

為驗證質量調整后手把的振動情況，利用RADIOSS求解器分別對改進前后進行了瞬態響應分析，并利用HyperGraph 2D對結果進行了整理分析。

圖4顯示了左手把在相同載荷下改進前后的位移響應情況，其最大位移值由0.009m下降至0.0035m。說明手把的振動得到了很好的改善。

圖4 手把位移曲線

4 總結

1、通過模態分析，發現手把主要是局部模態，因此對手把的振動改善工作應主要集中在手把上，避免走彎路。

2、瞬態響應能夠很好的評價改善效果，雖然由于建模進行了簡化、載荷進行了簡化等各種因素使得其結構絕對值與實驗值有一定誤差，但其趨勢是吻合的。

3、HyperWorks系列軟件包含建模、求解及后處理等模塊，各模塊操作簡便，清晰明了，為使用者節省了大量時間。

5 參考文獻
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