摩托车车把振动问题分析（可编辑）

摩托车车把振动问题分析（可编辑） 摩托车车把振动问题分析 维普资讯 ////0>. 第 卷 第 期 重庆科技学院学报 自然科学版 年 月 摩托车车把振动问题分析 江 洪 袁 理 文 蜊 汪先国 周 坤 .重庆工业职业技术学院,重庆; .重庆科技学院,重庆; 、建设工业集团有限责任公司,重庆 摘 要:针对某摩托车车把在常用车速下剧烈振动的问题,利用 软件进行几何建模;然后用 ,/ 软件建立其有限元模型,并进行了自由和约束模态的计算机仿真分析,提出了车把改进;最后利用试 验模态分析系统对该车把及改进车把进行了试验模态分析,验证了计算机仿真结果,改进了车把的振动特性。 关键词:摩托车;车把;振动;模态分析;有限元 中图分类号: 文献标识码: 文章编号: ? ? 市场需求的多样化和人们对摩托车性能要求的卜 】提高.要求企业有能力对已有车型进行改进设计或 其中: 为广义坐标的列阵, 、 、 分别为质 者开发新产品以适应新的需求。摩托车车把是摩托 量、阻尼和刚度矩阵, 、 分别为速度向量和加 车的重要零部件之一,主要功能是操纵控制摩托车 速度向量。对于线形系统,式就是一个组线性定 行驶的方向。摩托车在行驶过程中主要受到来自路 常微分方程.是一组耦合方程,求解微分方程即可得 面和发动机的激励,车把将前轮路面激励通过减震 到系统的振动响应。 器和发动机激励通过车架传递来的振动传递到驾驶 假定初始位移和速度为零,将 式进行拉氏变 员手上.车把振动特性对摩托车的行驶安全性与舒 换.得出: 适性有重要影响。】】 】 车把作为摩托车的一个关键零件,应该与发动 引入下面恒等式: 机前后减震器合理匹配.在设计开发阶段应掌握车 把的特性.以便进行整车的合理设计。摩托车车把 将此式与 式结合在一起得: 特性分析应包括静特性分析和动特性分析。模态分【】 】析是现代结构动 特性分析的基础.已得到了广泛应 其中: , ,用。本文针对某摩托车在常用车速下车把振动剧烈 的问题,建立了车把的车把管有限元模型,借助于, 一 . 完成了车把管主 体的计算模态仿真 假设力函数为零,则 式就变成特征值求解, 分析,提出了改进方案,并进一步通过试验验证了仿 特征值满足: 】 】。 真分析的结果。 对于 自由度系统,此方程就有 个呈复共 模态分析理论基础【’,习 轭对出现的特征值。特征值包含阻尼因子和阻尼 固 有频率。每个特征值 对应一个特征向量 其中为 对受外界载荷和激励的任意机械系统进行动模态振型向量 : 力学分析时,一般借助于简化了的数学模型,抽象出其主要的力学特性。例如 将一个无限多自由度系统 对于线性系统,满足叠加原理,系统的频响函数 简化为一个有限自由度系统.建立微分方程如下: 收稿日期: 作者简介:江洪 一 ,男,重庆人,硕士,重庆工业职业技术学院汽车工程系副 主任,讲师。维普资讯 ////. 江洪,袁理,文硎,汪先国,周坤:摩托车车把振动问题分析 可描述为多个单自由度系统的叠加 : 车把管动特性计算机仿真分析 解析法进行模态分析,即将系统简化为多自由 耋度系统.需借助于有限元法。车架是一个无阻尼系 模态分析就是使运动微分方程组解耦,成为一 统.其特征值方程可简化为: 组由模态坐标及模态参数描述的独立方程,根据模 一 【 态参数进行求解。模态分析有两种途径: 求解上式即实特征值分析,关键是 特征值的提 解析法 取算法。. 提供了 种算法,可以分为 解析法是建立多自由度运动微分方程组,根据 三类:跟踪法 ;变换法 质量、刚度、阻尼矩阵来估计模态参数,也就是特征; 兰 索士 法 值求解的问题。 。其中, 法是跟踪法和变换法的结试验法 合,具有较好 的性能。本文就采用 法,由于 试验法就是根据试验,测出频响函数矩阵,然后 是自由模态,前 阶为刚体模态。 用适当的参数估计算法来估计模态参数。 摩托车承受路面和发动机激励, 路面是低频激 励,而发动机的激励主要是一阶往复惯性力,其频率 计算机仿真模型的建立 不超过 作范围一般在~ 转 ,因 某摩托车车把管的结构非常简单,是一个不锈 此只考虑 以内的模态。 钢复合管,如图 所示。 自由模态分析 对有限元模型,利用 法求解手把管的 自由模态。自由模态分析结果见表 所示。自由模态 在 下有 阶频率为 . 。约束模态分析 自由模态分析是车把在自由状态下的结构特 性.而实际上车把管是固定在摩托车上,具有一定的 图 车把管几何模型 约束。但其真实的边界条件不易模拟,因此采用固定 约束来代替,其效果有待试验模态分析检验。 手把管固定后的模态分析结果如表 所示.可 见在约束状态下.车把模态振动频率下降,在 左右有 阶.而该摩托车常用车速 / 时发动机 阶激励频率即为 左右,很容易发生共振.影 响操控性和舒适性.应该进车把管结构,以大幅度减 图 车把管有限元模型 小振动。 首先利用 软件建立三维几何模型.然后导 表 车把管模态仿真分析结果 人.进行前处理 主要包括网格的合理 划分检查 ,完成有限元建模;最后利用 .? 计算器进行分析计算 。 采用解析法和试验法分析手把管的模态分布情 况。手把管固定在摩托车上,因此对手把管进行自 由模态分析和约束模态分析。 试验模态分析 建模的目的是用于车把的模态分析。车把主要 试验模态分析是另一种途径,可用来验证计算 结构为圆管,其厚度与长度和截面尺寸相比很小,因 模态分析,两者互为指导。试验法和解析法相结合,有 此用板单元单元进行模拟,采用拓扑结构为 利于更好地分析结构的振动特性。手把管的计算模态的单元把模型离散化。图 是建立的有 分析需经试验验证,手把管的结构较简单,其自由模 车把管有限元模型。 态的计算分析比较准确,但手把管的实际约束比较复?维普资讯 ////. 江洪,袁理,文硎,汪先国,周坤:摩托车车把振动问题分析 杂,不便于计算机模拟分析,仍有待试验验证。 使其避开常用车速; 合理匹配传动系参数,降低 试验模态分析的精度由测试系统的硬件和软件 高档位下常用车速对应的转速; 采用橡胶隔振措 处理方法、测试人员的熟练程度决定.随着计算机技 施.增加系统阻尼。 本文采用第一种方法.由于降低车把管频率,往 术和数字信号处理技术的发展.试验模态装置已日 渐成熟,并得到了广泛应用。 往需增加重量.不符合轻量化的设计原则,因此设法 提高实际工况下车把管的模态频率,以改善常用车 . 测试系统 测试系统主要包括加速度传感器、力锤及力传 速下的振动舒适性。 在计算机仿真模型的基础上,改变手把管结构, 感器、 数据采集前端、微机、. 软件 检查哪一种方案能有效提高其固有频率。在确定方 案的过程中发现.提高结构的自由模态频率很容易, 对车把管进行自由模态试验分析时。用较软的 但是固定工况下的频率并不易提高。 橡皮绳将车架吊起来.使其处于自由状态,采用力锤 激励。对车把管进行单点激励、多点响应 。对 最后选择的方案如图 所示。 改进方案是在原 手把管的基础上加焊了一根“ ”形管。该方案在自 车把管进行约束模态试验分析时.直接将车把管按 照实际摩托车安装要求安装在摩托车上.仍采用力 由状态下和固定工况下 的计算模态分析结果分别见 表 所示.只列出自由状态下的第一阶模态和固定 锤激励。对车把管进行单点激励、多点响应 。 工况下的前两阶模态。 . 试验结果及分析 根据实测的频响函数.利用多参考点最小二乘 复指数法 进行模态参数识别 。 仿真模型是一无阻尼系统。试验分析时考虑到 了车把的阻尼.即仿真分析是实模态.而试验结果为 图 车把管改进方案 复模态,但由于阻尼较小,因此从理论上讲,所造成 表 改进车把管模态频率 的差别不大。 试验模态分析结果见表 所示。比较手把管自 由模态的计算机仿真结果表和试验结果,发现试 验结果模态阶数减少.二者的差别很小.说明计算机 改进方案在自由工况下、固定工况下的计算模 模型能较好地表达出手把管的模态特性。 态,均比原车把管提高了。成车道路试验结果和试 表 车把模态试验分析结果 车员的主观感觉相吻合.采用改进方案后。驾驶员 感觉车速在范围内手把管的振动明显 改善.但车速提高至 / 以上时感觉和原管差 以试验模态分析为准.自由状况下手把管的第 一 不多 说明在常用车速下该摩托车车把振动问题得 阶模态频率为 . .实际工况下手把管的第 到了很好的解决。 二阶模态频率为 . 。而实际道路试验表明手 综上分析可知。仿真模态参数和试验模态能够 把处的振动随车速的变换,在 / 、 / 这两 较好地吻合,频率接近。这说明仿真模型可靠、准确。 个车速时出现峰值,这两个车速对应的频率分别为 由于有限元模型节点较多。振型比试验结果更为直.、 .,这和实际工况下 手把管的模态频率 观。可作为设计中的参考。 相吻合,说明在发动机转速为/ 左右时.发 动机激励和车把管的模态发生共振.在最高档位下 结束语 表现为车速在 . / 左右。 模态分析是结构分析的基本手段.而且振型的 手把管改进 特征与整车的合理布置也有关。本文采用计算机仿 真方法对摩托车车把进行了模态分析.并进行了车 设法避免实际工况下手把管的固有频率和发动 把改进与试验验证,研究结果表明.仿真模型和试验 机激励出现共振,是治理车把振动的最好办法,具体 分析结果相吻合。说明建模时处理方法正确,仿真精 做法如下:提高实际工况下车把管的模态频率,