浅析摩托车车架的合理性设计

何志刚

摘要：摩托车的安装骨架为车架，其结构必须满足摩托车整车的要求和整体布局的强度与刚度，保证摩托车行驶过程中的安全性与舒适性，所以合理设计摩托车车架是整车设计的关键因素。因此本文将针对摩托车车架的合理性设计进行具体的探讨与研究。

关键词：摩托车 车架 合理性设计

前言：摩托车车架是摩托车的主要承载部分，其强度结构一般可以满足设计要求，但是如果结构的其他方面（如刚度等）欠缺考虑，则会严重影响了摩托车的舒适性。车架自身的结构设计对摩托车的震动有很大的影响作用，将摩托车的车架设计与发动机设计相结合是非常必要的。因此本文将针对摩托车车架的结构和模态分析进行研究，从而对摩托车车架的合理性设计做具体的阐述。

1.摩托车车架的结构

摩托车的车架是整车的支撑骨架，大多数都采用的是复杂管和板式焊接的结构，由于车架需要承受发动机和其他部位以及乘员的重量问题，因此对车架的强度有一定的要求，不同对象的车架强度要求不同。在保证车架强度的同时需保证车架的刚度，当车架刚度过低时，车辆受到冲击很容易导致车架变形，但是车架的强度较大又会在某种程度上影响车体的系统弹性，从而影响了整车的舒适性。

车架结构的尺寸要符合整车设计的要求，因为车架的部分构件对摩托车运行的平稳性有很大的影响。以前立管为例，涉及的尺寸问题有前叉倾角、车轮前伸距、两轮轴距等。当前叉倾角较大时，转向过程中方向把手的移动角度会变小；当车轮前伸距较大时，前轮回转的扭力也会变大，车子就会越平稳。在摩托车的高速行驶过程中，会产生转向力、离心力以及车子的颠簸等，这些外部因素都会促使前立管的向侧扭曲。为了更好的抵抗这种扭力，一般的常用方法是使用粗大的管梁和加强杆，通过发动机的两侧延伸至前立管的位置然后进行焊接。

就目前来讲，摩托车的车架主要有三种类型：一是主梁结构式车架，二是菱形式车架，三是托架式车架。主梁结构式车架也称为脊骨型车架，是因为这种车架形式用一根或者两根主梁做为脊骨，一般应用在踏板车中较多；菱形式车架外形与钻石相似，因此其车架又称为钻石式车架，是一种空间结构形式的车架，将发动机横置在钻石形状内，当做车架的支撑点，可以增强车架的强度与刚度，一般应用在道路竞技摩托车中较多；托架式车架外形与摇篮相似，因此又称为摇篮式车架，也是一种空间的结构形式，将发动机安装在摇篮形中，为了更好的保护发动机，钢管支撑在发动机的下面，因此此类车架一般应用于越野车中。

2.摩托车车架动态分析

摩托车车架由各种不同构件构成，结构相对较为复杂。动态特性的分析，可称为模态分析，就是对模态参数的求解过程。此过程有两种有效实现途径，一是实验法，就是根据所测得的数据频响函数估计测量结构上点的动态输入与动态输出的模态参数。二是解析法，通过对结构的几何形状、边界条件和材料的确定，将结构的质量、刚度和阻尼分布用质量、刚度、阻尼矩阵不同的表示出来，借助有限元法，计算模态参数。

3.摩托车车架的合理性研究

3.1.合理的设计总体车架

由于车架的整体设计的合理性关系到摩托车的行车安全和舒适度的问题，因此在车架设计中需要满足车架的强度与适合的刚度、高精度、轻质量、较低的成本、美丽的外观等因素。

3.1.1.足够的强度

足够的强度主要是为了确保摩托车在各种情况下行驶的安全性，这一点对于菱形式车架与摇篮式车架的大排量摩托车很重要。强度不够易引起摩托车的车架断裂，因此车架结构设计的关键因素是保证摩托车车架的足够强度。

3.1.2.适合的刚度与高精度

适合的刚度可以确保摩托车的操纵稳定以及舒适度适中，可以通过选用的车架外径和壁厚以及钢号运用理论公式来计算车架的扭转与弯曲刚度的结果。满足高精度的要求主要是为了保证车辆在行驶过程中的稳定性，车架的左右对称程度，前伸角度，油箱、侧盖、座垫安装位置，踏板车的塑料覆盖件的安装位置等等都需要满足高精度的要求，因此对车架的焊接程序与焊接夹具的研究是十分重要的。合理性的设计车架结构，保证车辆的高精度可以减少车辆装配带来的问题，从而提高了摩托车整车的质量。

3.1.3.质量轻、成本低、外观美

车架设计结构中的必要考虑因素就是质量轻、成本低、外观美，遵循“简而优”的设计理念，追求合理性的设计方案，从而减少不必要的浪费。因此将使用材料、弯曲和切削的加工量尽可能的控制在最小的使用范围内并且减少焊接量是当前合理设计车架的必然要求。

就目前来看，我国的摩托车车架是以钢制车架为主，为了资源的合理再利用，提高摩托车车辆的性能与舒适度，可以考虑加大技术投入引进铝制车架。铝制车架的使用不仅可以促使我国摩托车的整体实力提高，还能推动我国摩托车销售行业的迅速发展。

3.2.合理的结构参数

由于摩托车的动力性能和稳定性能直接受车架的长度与高度的影响，因此在摩托车的设计过程中首先应确定摩托车的整车造型之后再对相应的悬挂方式和车轮形式进行选择，除发动机外的基本空车质量可以确定。在确定的轴距的情况下，发动机与车架之间的相对位置对整车的舒适度有很大的影响，因此在车架的发动机的吊装位置的设计应根据实际的计算数据确定。

3.3.合理的车架工程图

焊接夹具的设计与定位直接受到车架尺寸标注的影响，同时对车架的焊接品质也有很大的影响。在车架的结构设计完成后须绘制车架的二维工程图，此图的准确性将直接影响到其它部件的设计。但由于车架是安装的基本部件，其它部件的尺寸大小依赖于车架的尺寸，因此对于整车结构的理解透彻，才能保证绘制出高品质的车架工程图。

结语：

摩托车车架的合理性设计，不仅可以保证摩托车整车的舒适度，还能保证车辆的行车安全，减少车辆事故的发生。与此同时，在车架设计的过程中，进行强度和刚度校核，可以使车架的舒适性提高以及受到破坏的可能性降到最低。

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