淺析摩托車車架的合理性設計

何志剛

摘要：摩托車的安裝骨架為車架，其結構必須滿足摩托車整車的要求和整體布局的強度與剛度，保證摩托車行駛過程中的安全性與舒適性，所以合理設計摩托車車架是整車設計的關鍵因素。因此本文將針對摩托車車架的合理性設計進行具體的探討與研究。

關鍵詞：摩托車 車架 合理性設計

前言：摩托車車架是摩托車的主要承載部分，其強度結構一般可以滿足設計要求，但是如果結構的其他方面（如剛度等）欠缺考慮，則會嚴重影響了摩托車的舒適性。車架自身的結構設計對摩托車的震動有很大的影響作用，將摩托車的車架設計與發動機設計相結合是非常必要的。因此本文將針對摩托車車架的結構和模態分析進行研究，從而對摩托車車架的合理性設計做具體的闡述。

1.摩托車車架的結構

摩托車的車架是整車的支撐骨架，大多數都采用的是復雜管和板式焊接的結構，由于車架需要承受發動機和其他部位以及乘員的重量問題，因此對車架的強度有一定的要求，不同對象的車架強度要求不同。在保證車架強度的同時需保證車架的剛度，當車架剛度過低時，車輛受到沖擊很容易導致車架變形，但是車架的強度較大又會在某種程度上影響車體的系統彈性，從而影響了整車的舒適性。

車架結構的尺寸要符合整車設計的要求，因為車架的部分構件對摩托車運行的平穩性有很大的影響。以前立管為例，涉及的尺寸問題有前叉傾角、車輪前伸距、兩輪軸距等。當前叉傾角較大時，轉向過程中方向把手的移動角度會變小；當車輪前伸距較大時，前輪回轉的扭力也會變大，車子就會越平穩。在摩托車的高速行駛過程中，會產生轉向力、離心力以及車子的顛簸等，這些外部因素都會促使前立管的向側扭曲。為了更好的抵抗這種扭力，一般的常用方法是使用粗大的管梁和加強桿，通過發動機的兩側延伸至前立管的位置然后進行焊接。

就目前來講，摩托車的車架主要有三種類型：一是主梁結構式車架，二是菱形式車架，三是托架式車架。主梁結構式車架也稱為脊骨型車架，是因為這種車架形式用一根或者兩根主梁做為脊骨，一般應用在踏板車中較多；菱形式車架外形與鉆石相似，因此其車架又稱為鉆石式車架，是一種空間結構形式的車架，將發動機橫置在鉆石形狀內，當做車架的支撐點，可以增強車架的強度與剛度，一般應用在道路競技摩托車中較多；托架式車架外形與搖籃相似，因此又稱為搖籃式車架，也是一種空間的結構形式，將發動機安裝在搖籃形中，為了更好的保護發動機，鋼管支撐在發動機的下面，因此此類車架一般應用于越野車中。

2.摩托車車架動態分析

摩托車車架由各種不同構件構成，結構相對較為復雜。動態特性的分析，可稱為模態分析，就是對模態參數的求解過程。此過程有兩種有效實現途徑，一是實驗法，就是根據所測得的數據頻響函數估計測量結構上點的動態輸入與動態輸出的模態參數。二是解析法，通過對結構的幾何形狀、邊界條件和材料的確定，將結構的質量、剛度和阻尼分布用質量、剛度、阻尼矩陣不同的表示出來，借助有限元法，計算模態參數。

3.摩托車車架的合理性研究

3.1.合理的設計總體車架

由于車架的整體設計的合理性關系到摩托車的行車安全和舒適度的問題，因此在車架設計中需要滿足車架的強度與適合的剛度、高精度、輕質量、較低的成本、美麗的外觀等因素。

3.1.1.足夠的強度

足夠的強度主要是為了確保摩托車在各種情況下行駛的安全性，這一點對于菱形式車架與搖籃式車架的大排量摩托車很重要。強度不夠易引起摩托車的車架斷裂，因此車架結構設計的關鍵因素是保證摩托車車架的足夠強度。

3.1.2.適合的剛度與高精度

適合的剛度可以確保摩托車的操縱穩定以及舒適度適中，可以通過選用的車架外徑和壁厚以及鋼號運用理論公式來計算車架的扭轉與彎曲剛度的結果。滿足高精度的要求主要是為了保證車輛在行駛過程中的穩定性，車架的左右對稱程度，前伸角度，油箱、側蓋、座墊安裝位置，踏板車的塑料覆蓋件的安裝位置等等都需要滿足高精度的要求，因此對車架的焊接程序與焊接夾具的研究是十分重要的。合理性的設計車架結構，保證車輛的高精度可以減少車輛裝配帶來的問題，從而提高了摩托車整車的質量。

3.1.3.質量輕、成本低、外觀美

車架設計結構中的必要考慮因素就是質量輕、成本低、外觀美，遵循“簡而優”的設計理念，追求合理性的設計方案，從而減少不必要的浪費。因此將使用材料、彎曲和切削的加工量盡可能的控制在最小的使用范圍內并且減少焊接量是當前合理設計車架的必然要求。

就目前來看，我國的摩托車車架是以鋼制車架為主，為了資源的合理再利用，提高摩托車車輛的性能與舒適度，可以考慮加大技術投入引進鋁制車架。鋁制車架的使用不僅可以促使我國摩托車的整體實力提高，還能推動我國摩托車銷售行業的迅速發展。

3.2.合理的結構參數

由于摩托車的動力性能和穩定性能直接受車架的長度與高度的影響，因此在摩托車的設計過程中首先應確定摩托車的整車造型之后再對相應的懸掛方式和車輪形式進行選擇，除發動機外的基本空車質量可以確定。在確定的軸距的情況下，發動機與車架之間的相對位置對整車的舒適度有很大的影響，因此在車架的發動機的吊裝位置的設計應根據實際的計算數據確定。

3.3.合理的車架工程圖

焊接夾具的設計與定位直接受到車架尺寸標注的影響，同時對車架的焊接品質也有很大的影響。在車架的結構設計完成后須繪制車架的二維工程圖，此圖的準確性將直接影響到其它部件的設計。但由于車架是安裝的基本部件，其它部件的尺寸大小依賴于車架的尺寸，因此對于整車結構的理解透徹，才能保證繪制出高品質的車架工程圖。

結語：

摩托車車架的合理性設計，不僅可以保證摩托車整車的舒適度，還能保證車輛的行車安全，減少車輛事故的發生。與此同時，在車架設計的過程中，進行強度和剛度校核，可以使車架的舒適性提高以及受到破壞的可能性降到最低。

參考文獻：

[1]郝志勇，趙騫.跨騎式摩托車有限元動態特性分析[J].機械設計，2009（2）：98-99.

[2]徐凌，王明賢.模態分析技術在摩托車車架設計中的應用[J].摩托車技術，2010（3）：67-69.

[3]王晉飛，宋少云，程廣偉，等，用有限元法對摩托車車架強度的分析[J].洛陽工業高等專科學校學報，2009（5）：98-100.