庞奎_踏板型摩托车手把振动的改善

Altair 2012 HyperWorks 技术大会论文集 1 踏板型摩托车手把振动的改善踏板型摩托车手把振动的改善 庞奎 力帆实业（集团）股份有限公司摩托车研究院 重庆 400037 摘要：摘要：利用HyperMesh软件建立某踏板型摩托车整车模型， 利用RADIOSS求解器进行模态 分析和瞬态响应分析。通过模态分析找出该车型手把振动问题的原因，提出解决方案，并利 用瞬态响应分析进行了验证。 关键词：关键词：摩托车 振动 模态分析 瞬态响应分析 HyperMesh RADIOSS 0 0 引言引言 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 1 建立建立有限元有限元模型模型 1 1.1.1 网格划分网格划分 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。 图1 整车有限元模型 Altair 2012 HyperWorks 技术大会论文集 2 1.1.2 2 约束条件约束条件 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。 1.1.3 3 载荷定义载荷定义 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。 图2 Fx和Fy的时间-力曲线 2 2 进行进行约束约束模态分析模态分析 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20Hz150Hz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（50Hz100Hz）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714阶）；从振型（表3， 图3）来看，从第716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。 表2 模态分布表 -2000 0 2000 4000 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 Fx Fy 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 原车 3.6 12. 14. 21. 23. 32. 53. 64. 67. 80. 88. 96. 100 109 124 172 189 199 225 242 改进 3.7 12 14 19 23 31 34 40 48 57 60 76 80 91 99 161 189 197 223 240 4 12 14 22 23 33 54 65 68 81 89 97 101 110 125 173 190 200 225 243 4 12 14 19 23 31 34 40 48 57 60 76 80 91 99 161 189 197 223 240 0 50 100 150 200 250 Hz 模态对比模态对比 Altair 2012 HyperWorks 技术大会论文集 3 表3 模态振型分布表 阶次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 原车 频率 3.65 12.06 14.37 21.66 23.48 32.51 53.96 64.57 67.97 80.57 减震系统模态 手把局部模态 改进 频率 3.65 11.92 14.35 19.31 22.88 31.42 33.76 39.77 47.64 57.04 减震系统模态 手把局部模态 阶次 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 原车 频率 88.7 96.58 100.82 109.69 124.88 172.67 189.55 199.64 225.37 242.94 手把局部模态 改进 频率 59.84 75.99 80.17 91.37 98.94 161.09 188.77 196.93 223.44 239.94 手把局部模态 第7阶振型 第8阶振型 图3 模态振型图 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915 阶,见表3） ， 第713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 3 瞬态响应分析瞬态响应分析 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。 Altair 2012 HyperWorks 技术大会论文集 4 改进前手把位移 改进后手把位移 图4 手把位移曲线 4 4 总结总结 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 5 参考文献参考文献 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 Altair 2012 HyperWorks 技术大会论文集 5 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 reson of handlebar vibration through the modal analysis,and propose