利用有限元模拟仿真改善踏板型摩托车手把的振动

引言

摩托车乘骑舒适性就是保持摩托车在行驶过程中乘员所处的振动环境具有一定舒适度的性能,该性能一直是衡量摩托车综合性能的主要指标。在某踏板型摩托车开发前期，经对参考样车的振动评价认为其手把管振动过大，超出了标准值。为此，利用HyperWorks对该车型的手把进行振动分析，并提出解决方案。

1.建立有限元模型

1.1  网格划分

根据分析的需要，我们建立了整车的部分三维模型，包括车架、手把、发动机吊架等部件，并利用HyperMesh划分成2D网格，其余未建立三维模型的部件则利用HyperWorks提供的单元来模拟，如弹簧单元、质量单元等。整车模型如图1所示。

1.2  约束条件

为便于与台架试验做对比，整车约束条件模拟摩托车台架试验的约束方式，即前轮夹死，后轮自由放置在转毂上。

1.3  载荷定义

定义瞬态响应分析所需要的载荷，这里只考虑发动机活塞-曲轴系惯性力对整车振动的影响，忽略整车所受其他载荷。以1.39E-5秒（RPM6000）为间隔分别计算出8192个点共0.1秒钟时间内的Fx和Fy的值，分别绘制出Fx和Fy的时间-力曲线，如图2所示。载荷施加位置是发动机质心位置。

2.进行约束模态分析

整车模态如果与发动机激励频率重合，引起共振，则会造成整车较大的振动。但是由于发动机的激励频率比较宽，在20Hz~150Hz之间，整车要完全避开共振是不现实的，一般要保证在整车常用速度段（50Hz~100Hz）内共振点较少且共振幅值较低。因此利用RADIOSS求解器对整车约束模型进行模态分析，了解其模态频率的分布及振型。

从模态分布表（表2）可以看出在常用速度段内有8个模态（第7~14阶）；从振型（表3，图3）来看，从第7~16阶模态基本都是手把的局部模态，而且与常用速度段重合。可见手把振动是整车的主要振动，这与整车的实际振动情况相一致。

通过整车的模态可以看出：手把的局部模态较多，要改善手把振动最好办法是直接针对手把的调整，使我们的工作有了明确的目标。为调整手把的模态分布对手把的质量及质量分布进行调整，并进行了同等条件的模态分析。结果表明：常用速度段内有7个模态（第9~15阶,见表3），第7~13阶模态是手把的局部模态。这样，减少了常用速度段内手把的局部模态，同时其模态特征值也有不同程度的降低，从而减低了手把的振动。

3.瞬态响应分析

为验证质量调整后手把的振动情况，利用RADIOSS求解器分别对改进前后进行了瞬态响应分析，并利用HyperGraph 2D对结果进行了整理分析。

图4显示了左手把在相同载荷下改进前后的位移响应情况，其最大位移值由0.009m下降至0.0035m。说明手把的振动得到了很好的改善。

4.总结

1、通过模态分析，发现手把主要是局部模态，因此对手把的振动改善工作应主要集中在手把上，避免走弯路。

2、瞬态响应能够很好的评价改善效果，虽然由于建模进行了简化、载荷进行了简化等各种因素使得其结构绝对值与实验值有一定误差，但其趋势是吻合的。

3、HyperWorks系列软件包含建模、求解及后处理等模块，各模块操作简便，清晰明了，为使用者节省了大量时间

5.参考文献

[1]李得宽，王继羲．汽车工程手册.摩托车篇．人民交通出版社．2001.5

[2]戴德山，何玉林，冯健，基于平衡发动机惯性力的摩托车减振.小型内燃机与摩托车2003 年(第32 卷) 第5 期：43-45

[3]孙学军,李克强,王霄锋，单缸发动机偏心滑块平衡机构的研究与应用.振动与冲击，2007年27卷

[4]陈华新，张安祥．摩托车技术词典．福建科学技术出版社．2000.6

Handlebar Vibration Improvment Of a Scooter motorcycle

Pang Kui

Abstract： Build the finite element model of a scooter motorcycle with HyperMesh, and make modal analysis and Trancient response analysis.Find the resonof handlebar vibration through the modal analysis,and propose the solution ,then verify that through Trancient response analysis.

Key words：Motorcycle, Vibration, Modal analysis, Trancient response analysis,  HyperMesh, RADIOSS