2012年摩托车振动原因

摩托车振动问题分析旋转体在沿着轴心线旋转时，由于旋转体质量分布的不均匀，会产生离心力，从而造成振动。曲轴在工作时，除了上述的振动外，还有活塞上下往复运动产生的运动惯量，这就是摩托车振动产生的主要原因。摩托车的振动，是一个十分复杂的力学过程。摩托车发动机工作时，有几种力运动的参与，会产生周期性的激振力，这种激振力会使发动机曲轴系统及发动机整体产生振动，通过与摩托车车架的刚性连接，把振动传递到车架上。然后，在车架的锐角形状的连接部位形成共振，被放大，形成频率较高的振幅，给骑乘者带来极为不舒服的感觉。如图一所示：①部分的振动表现在手把管上面。②部分表现在座垫上面。③部分表现在后货架上面。④部分表现在搁脚架上面。图一同时，摩托车在粗糙的路面上行驶时，道路的起伏不平也将激励摩托车作上下往复运动。如何减少这些有害的激励振动对摩托车行驶时的影响，提高摩托车行驶的舒适性，是摩托车振动研究的一个重要课题。一、摩托车发动机产生振动原因摩托车振动主要是由发动机引起的。摩托车发动机在工作时，有几个振动源：1、燃烧室内混合空气在爆燃时产生的振动；它的振幅和发动机转速一致。振动的传递方向基本上是沿着气缸体的轴心线往曲轴的旋转中心传递。2、活塞上下往复直线运动形成的运动惯量；其质量相当高，以CG150为例，活塞重量在193g左右时，活塞运动的最大运动惯量能达到6.8千克/Cm。它所形成的振动，也就是人们常说的一阶运动惯量振动。它的振幅频率与发动机的转速一致。3、活塞上下往复直线的运动，通过连杆和曲柄的作用，转换为旋转运动。其间产生的轴向运动，因曲柄平衡块的重心偏移，也会形成振动。这就是人们所说的二阶运动惯量振动,它的振幅频率是发动机转速的二倍。4、参与发动机工作的各高速旋转运动部件;如磁电机、离合器等，因为加工误差，整体质量分布不均匀，在高速旋转时，质量产生偏移，也会形成一定的振动。本人曾经对一台振动较大的大阳100型摩托车做过解体检查、分析。发现它的磁电机不平衡率超过了18g/Cm。更换了一个不平衡率4g/Cm的磁电机转子后，振动问题得以解决。发动机振动二；摩托车振动产生的机理①前文所述，活塞在进行上下往复运动时，会产生很大的运动惯量，对发动机和及其相关联的部件，造成极大的振动。为了平衡这种运动惯量，曲轴在设计时，曲柄在与活塞相对应的方向，有加厚部分，用于减弱、平衡活塞的运动惯量。但是，发动机的转速不是固定的，活塞的运动惯量会随着转速的不同而产生变化，这种平衡的效果，尤其在发动机高速运转时，往往不明显。加厚部分图二任何单缸发动机曲轴，都有动平衡的检查指标。检查曲轴的动平衡，主要目的是为了控制曲轴的倾角和平衡率，排量200cc以下的动平衡检测，一般用以下的图形进行表述图三图四图三是曲轴360°转动过程中，活塞在每个角度的运动惯量。每10度取一个数值，用g/cm表述。其中惯量最大的方向θ即为曲轴的平衡倾角。图四是活塞运动惯量形成的惯性力矢量端点轨迹椭圆。其数值表述方法与图一表述方法一致。其数值大的方向，称其为长轴，其数值小的方向，称其为短轴。因为单缸发动机的曲轴是由左右曲柄组成，因左右曲柄在锻打、加工过程中的误差，重量往往不一致，就会造成不平衡。这种不平衡对发动机振动的影响也是相当大的。其技术要求一般都是平衡率≧75%。发动机工作时产生激振力，其垂直方向的激振力。在这些干扰力的作用下，发动机将会产生受迫振动。发动机振动的运动微分方程为[1]：传到车架的力与激振力之比为力传递率，其表达式为[1]：式中：--激振频率与系统固有频率之比；--为系统的固有频率，；三；降低摩托车振动的措施12341575图五单缸发动机所用的曲轴，其惯性力矢量端点轨迹椭圆的长短轴所指向的方向，就是振动最大的地方。从图五可以看得出日本人在设计CG摩托车的思路；汽缸体中心线在与水平面相垂直方向，向前倾斜了15°，倾角为75°。二者相加，正好90°。矢量主、副轴方向指向前、后轮轴，利用轮胎和前、后减震器的吸震能力，有效降低了摩托车的振动幅度。但是，曲轴在生产过程中，不可能保证产品倾角和平衡率的完全一致，总有5%±的误差。同时国内一些摩托车生产厂家，在制造摩托车过程中，没有考虑到曲轴动平衡中的倾角、平衡率，和车架装配的匹配问题，致使矢量主轴指向了①④部位，通过车架柱梁的传递，把激振力传递到车架锐角部位，被放大，形成了激烈的振动，给骑乘者带来极不舒服的感觉，同时，还会对车架造成极大的危害。根据以上分析，得出了发动机及摩托车整车的受迫振动规律。基于这些规律，目前在摩托车减振方面的措施大致有以下几种：1、消除振源激励的存在是产生受迫振动的原因，因此消除振动的根本方法是消除产生激励的来源。在摩托车设计时，可以根据摩托车车身对激振力响应的特性，对曲柄连杆，活塞机构进行优化设计，合理地布置加配质量的大小和方向，将惯性力矢量端点轨迹椭圆的长短轴比率调整合适，将长轴方向调整到车身对激振力最不敏感方向，从而使不平衡力对整车所产生的振动最小。2、避开共振区当干扰力频率与系统（发动机或整车）固有频率相等，即时，产生共振现象，此时振动激烈。由于发动机工作转速范围很宽，要求全部转速范围内不出现共振是不可能的。但根据发动机工作的特点，工作转速范围由低至高大致可分为起动过程区、怠速运转区、加速过渡区和常用工作转速区四个区段。怠速运转区和常用工作转速区是常用区段，所以一般尽可能把发动机的固有频率安排在起动过程里，使其有较低的固有频率，以免发生共振。3、采用适当的隔振器从以上分析可知，发动机通过橡胶隔振器连接在车架上时，合理增大橡胶隔振器的阻尼比，可以降低发动机传递给整车的振动辐值；特别在共振区，可以显著抑制共振放大率。同时合理选择橡胶隔振器的刚度，使≥时，系统进入隔振区，对发动机的振动进行有效的隔离。合理选择车架减振器的刚度及阻尼，也可以降低路面传递给整车的振动辐值，有效起到减振作用。4、提高车架抗振能力合理设计车架结构。车架的线型设计要有利于车架吸收振动，提高车架的刚度有利于提高整车的固有频率，从而提高车架的抗振能力，减少对振动的响应。影响车架刚度的因素很多，主要包括车架的结构形式、车架构件的几何参数和截面形状及大小、材料和加强板的设置等，其中截面形状及几何参数对车架刚度的影响最大。具体可采用以下措施：a)合理配置车架几何参数[4]：车架转向立管的后倾角及后减振器的安装倾角应合理设置。转向立管的后倾角变小，车架抗弯刚度将提高；加强转向立管上部支撑能够有效提高扭转刚度；后减振器安装倾角变小，会使后减振器水平变形能量减少，垂直变形能量增加，从而增加整车垂直方向上的振动。设计规范要求转向立管后倾角小于30°，后减振器安装倾角为15°～30°。b)采用大截面外形尺寸的薄壁构件比小截面外形尺寸厚壁构件构成的车架刚度高，且节约材料。c)在关键部位充分利用加强板，提高车架刚度，如：转向立管与其他管相连接处的加强板。惯性力矢量端点轨迹椭圆的长短轴