踏板摩托车减震系统付玉兴.doc

毕业论文

题 目 踏板摩托车的设计-减震系统的设计

学 院 机械工程学院
专 业 机械工程及自动化
姓 名 付玉兴
学 号 20050405056
指导教师 王文明 丁良

二OO九 年 六 月 十 日

踏板摩托车的设计-减震系统的设计

Zhe Designing Of Pedal Motorcycle- Zhe Desingning Of Damping system

专 业：机械工程及自动化
学 生：付玉兴
指导教师：王文明 丁良

济南大学机械工程学院
二零零九年六月

目 录
摘 要 i
ABSTRACT ii
第一章 绪论 1
1.1 摩托车减震装置概述 1
1.1.1 摩托车减震装置的发展过程 1
1.1.2 摩托车减震装置的发展趋向 1
1.2 摩托车减震装置的基本功能及设计要求 2
1.2.1工作摩托车减震装置的基本功能 2
1.3 论文研究意义 3
第二章 摩托车前后减震的结构分析选择 5
2.1 前减震的结构分析与选择 5
2.1.1 前减震装置概述 5
2.1.2 前减震装置的主要结构参数 7
2.1.3 前减震器结构方案的确定 8
2.2 摩托车后减震的结构分析与选型 10
2.2.1摩托车后减震结构型式确定 10
2.2.2摩托车后减震形式概述 11
2.2.3摩托车后减震参数 12
2.2.4后减震器的工作原理 13
第三章 摩托车前后减震的分析计算 16
3.1 前减震器的分析计算 16
3.1.1 前减震器力学模型的建立 16
3.1.2 前减震器压缩弹簧的计算 18
3.1.3 前减震器阻尼特性的分析 20
3.2 摩托车后减震器的计算 24
3.2.1后减震弹簧的计算 24
致谢 28
参考文献 29

- 29 -
摘 要
摩托车诞生于十八世纪末，在过去的一百多年中，摩托车发生了巨大的进步，性能不断提高。摩托车的驾驶平顺性，操纵稳定性和舒适性与其减震器有着很重要的关系，因此， 摩托车减震系统设计的优劣就决定了摩托车在行使过程中的驾驶平顺性，操纵稳定性、舒适性。摩托车减震系统的设计主要是减震器的设计，即前后减震器的设计，减震器的设计主要是对减震器的结构进行合理选择，然后根据减震器的机构参数进行减震器性能的计算及特性分析。通过以上的设计踏板摩托车将在行使过程中表现出较好的操纵性、乘骑舒适性和良好的道路适应性。

关键词： 摩托车；阻尼器；减震器；弹簧

ABSTRACT
The first motorcycle was born in the late eighteenth century. In the past years，the motorcycle has undergone tremendous progress,as the performance is continuously improved，The motorcycle driving comfort，manipulation stability, comfort to
damping system to have a very important relation, therefore, the motorcycle damping system the good and bad of the system design to come to a decision the motorcycle professional to make process in of driving comfort，manipulation stability, comfort .The motorcycle damping system the design of the system mainly is the design that motorcycle shock absorber, reduce a design of motorcycle shock absorber in front and back namely, the design that motorcycle shock absorber mainly is carry on a reasonable choice towards motorcycle shock absorber of structure, then according to reduce organization parameter of motorcycle shock absorber to carry on motorcycle shock absorber function of the calculation and the characteristic analysis Based on design the motorcycle to make professional in the process to express above to manipulate and multiply by to ride comfort more and goodly with the good road adaptability.

KEY WORDS: The motorcycle ; Damper; Shock absorber; Spring

济南大学毕业设计 第一章 绪论
第一章 绪论
1.1 摩托车减震装置概述
1.1.1 摩托车减震装置的发展过程
二轮摩托车的驾驶平顺性，操纵稳定性和舒适性与其减震装置有着很重要的关系。自1885年德国载姆勒发明制造出世界上第一辆以汽油发动机为动力的摩托车以来，摩托车的发展已经历了100多年的沧桑巨变。
1910年就开始在前轮上采用金属弹簧张力的双向、平行连接的减震装置，后减震采用摇臂式结构，30年代便发明了利用管内粘性机油的液压减震器。1955年后，摩托车的前减震装置就采用了伸缩筒式前减震器和底部杠杆式前减震器。由于伸缩筒式前减震中有望远镜式的筒内油缸，其制造精度要求高，当时生产技术和效率很低，阻碍了伸缩筒式前减震器的发展和应用。1960年，世界摩托车已大批生产，因底部杠杆式前减震具有结构简单、价格低廉等优点，底部杠杆式前减震处于全盛时期。后来由于盛行一时的两轮赛车需要，伸缩筒式前减震器又重新上市，这时伸缩筒式前减震优秀的行驶性能才被充分证明。因此，大批量生产的摩托车才相继采用伸缩筒式前减震，同时由于加工技术水平的提高，伸缩筒式前减震的制造精度也得到了保证，所以，至今为止，绝大多数的二轮摩托车均采用伸缩筒式前减震[1]。
1.1.2 摩托车减震装置的发展趋向
从50cc的家庭用车到1500cc的大型旅行车，其减震装置都是将行驶稳定性、
乘坐舒适性放在首位的。坐式摩托车、骑跨式公务摩托车的前减震装置依然采用底部杠杆式前减震，但结构上又有新的发展。
目前，大多数二轮摩托车是采用液压伸缩筒式前减震，本课题前减震选型就是以分析各种伸缩筒前减震为依据。最近采用新型材料聚四氟乙烯处理过的金属缸筒做滑动表面，大大减小了伸缩筒运动产生的摩擦;大多数二轮摩托车采用摇臂式后减震装置[2]，本课题后减震选型就是以分析各种摇臂式后减震为依据。由于后轮行程增大的要求，中央单减震器系统应用得越来越广泛，极大地提高了车辆行驶稳定性和乘坐舒适性。
随着二轮摩托车高速化发展，对其减震装置产生的衰减力(主要指阻尼力)提出了更高的要求，因而，一些摩托车上采用了高压氮气封闭其内的油气式减震器，使其具有高灵敏度的随动性和稳定性的减震性能。鉴于对高速性能行驶稳定性和乘坐舒适性两方面的要求，采用了可根据载荷大小调节衰减力装置的减震器，在平常行驶时，调至较低的衰减力，可得到较好的乘坐舒适性;在高速行驶时，调至较高的衰减力，很容易得到高速行驶的稳定性。新型的金属弹簧和空气压力并用的空气减震装置，可随着后轮行程增大，空气压力随之调整，从而简单地调节由于载重量增减引起的车身高度的急剧变化。另外这种减震装置还具有在行程的前一半性能柔和，后一半急增的理想的弹簧特性，使乘坐更加柔软舒适，更适于超高速行驶。
摩托车减震器的研制与开发将体现出几大趋势。一方面，减震器设计与制造技术将更加强调系统的观念，它与整车的关系将更加密不可分，单独就减震器而研究减震器将成为历史。另一方面，减震器总成的研究将向着内涵更深的方向发展。在21世纪，必须解决好许多深层次问题，如舒适性、异响、硬阻涩、泡沫特性和泥水特性等。只有不断的提高技术水平才能使我国的摩托车及零部件产业由摩托车大国升华为摩托车强国[2]。
1.2 摩托车减震装置的基本功能及设计要求
1.2.1工作摩托车减震装置的基本功能
摩托车减震器作为车辆的关键部位，由悬架弹簧和阻尼器组成，从而实现了车身和车轮之间的弹性连接和弹性支承。当摩托车行使在凹凸不平的路面上受到复杂的激励时，减震装置就会有效抑制和降低车身和车轮的动载，衰减它们的振动，起到一个低通滤波器的作用，以确保摩托车行驶的舒适性和安全性。减震器的悬架弹簧能缓和地面对车辆的振动，减小乘客所受的惯性力。阻尼器的主要作用就是抑制车轮与车身的持续振动，进一步衰减振动频率和幅度，避免突发性强冲击造成的恶劣影响。摩托车的操纵性、稳定性、舒适性与其减震装置有着很重要的关系。
摩托车减震装置分为前减震装置和后减震装置。近年来随着各种用途的摩托车的不断涌现，与之匹配的减震器也繁杂多样。按减震器的工作介质，一般可分为弹簧式、空气式、液力阻尼式、电流变式、磁流变式减震器。按减震器的减震特性，可分为被动减震、半主动减震、主动减震等类型。前减震装置有伸缩式和杠杆式两种结构型式;后减震装置有摆动式和摇臂式。而摇臂式又分双减震器摇臂式;单减震器杠杆式、连杆式、全浮式[3]。
① 对于摩托车车体，能在上下以外的方向上以适当的刚度支撑车轮，保持前后车轮在同一平面内运动，以其刚性保持摩托车行驶平稳性所必须的车体尺寸，以保证摩托车直行稳定性，提高其操纵性能。
② 摩托车车体倾斜转弯行驶时，在减震装置上产生了扭力，即左右减震装置受有不平衡的负荷，由于减震装置具有适当的扭转刚度，能使左右减震装置的负载变得平均，以保证摩托车行驶的平稳性。
③ 在制动和加速时，由于重心前移和重心后移产生了对前后减震装置的冲击，引起摩托车车体姿势前倾、后仰变化。前后减震装置的合理匹配应能尽量减少这种变化，以减小摩托车的纵向震动，保证摩托车驾驶稳定性和乘坐舒适性。
④ 抑制因路面不平产生的令人不舒适的冲击和震动等，从而保护车体、驾驶员、乘员及货物等，提高乘坐的舒适性。
⑤ 使路面始终保持最佳的接触(在道路上压有印痕)，从而使摩托车的驱动力、制动力、转向力等产生于轮胎和路面之间，以保证摩托车的正常运行，以及行驶稳定性和制动安全性。
摩托车减震系统设计要求
摩托车减震系统对摩托车的行驶平顺性、稳定性、通过性、乘坐的舒适性、燃油经济性等多种使用性能都有很大的影响，因此在减震系统设计中应满足上述的使用性能要求：
① 保证摩托车具有良好的行驶平顺性和乘坐舒适性，在摩托车所有的载荷范围内其固有频率，应为人体所习惯的步行时身体上下运动的频率(1.0-1.3Hz);
② 为获得良好的转向性，减震系统应考虑不同型式的导向机构，确定减震系统的结构类型;
③ 保证摩托车具有良好的行驶稳定性，减震装置应具有理想的弹性特性、阻力特性，能保持车身高度不变，在制动时应有抗“点头”作用和在加速时应有抗“仰头”作用。
④ 保证有一定的使用寿命，重量轻，安全可靠[1]。
1.3 论文研究意义
目前国外的减震器生产有着完整的工艺过程，由于注重研发，产品的种类很多已形成系列化，更新换代也比较快。我国减震器的研究和使用较晚，相比于国外减震器设计的先进性、科学性和成熟性，我国的起点相当低。虽然我国摩托车减震器行业规模也已经具备年产上千万套的能力，但由于国外企业的技术保密，目前我国减振器的生产大部分仍停留在对进口的产品的测绘和仿制阶段，缺乏实质性的基础理论研究和强有力的技术支撑。随着我国加入WTO，对知识产权保护力度加大，迫切要求提高我们自主开发能力;本课题拟在对减震器的结构、工作原理、设计参数，设计方法进行理论研究的基础上，进行的针对踏板摩托车的设计。

济南大学毕业设计 第二章 摩托车前后减震的结构分析选择
第二章 摩托车前后减震的结构分析选择
2.1 前减震的结构分析与选择
2.1.1 前减震装置概述
对于汽车而言，前减震器为前减震装置构成的主要部分，由于摩托车结构设计的具体要求，将弹簧和阻尼器安装为一个总成部件——前减震器。前减震由两只前减震器构成，在摩托车上用方向柱固接在一起，起转向限位功能，兼有弹簧和阻尼器作用的前悬架，国外称之为前叉，而我国根据国家标准术语的规定，将其定名为减震器。所以对摩托车而言前减震器是综合了前减震所必须的所有元件，故对摩托车前减震装置的研究重点就是研究前减震器。
一副减震器其质量的优劣对摩托车来说非常重要。如果减震器阻尼力过小或不存在，从理论上讲，振动将永远持续下去，会使轮胎接地性差，时而轻贴地面，时而跳离地面。这会严重损害轮胎的接地性，在高速行驶时摩托车极易因失去控制而造成翻车事故;如对减震器的阻尼力过大不做限制，将会产生过大的冲击力，造成阻尼器元件损坏或妨碍车轮的迅速回弹;如减震器压缩阻力大于复原阻力或相等，在实际使用中车轮经常受到地面冲击，不论车轮受到何种障碍，此时阻尼器受压产生的阻尼力作用于车身,对车身的冲击会使驾乘人员感觉不舒服[4]。
一副合格的减震器的阻尼器，它能缓和车身振动，改善车轮的接地性，使车辆的平顺性，制动性，转向操纵性，安全性等众多重要性能得到提高。
前减震器的结构主要有以下两种：
(1) 弹簧减震器
弹簧减震器的结构主要由减震筒组件、密封套、前叉管、和减震弹簧组成。减震弹簧装在减震筒组件内，上端与上连板相连，前叉管下端与前轮轴连接固定，为了防止前叉管上、下移动时进入泥水和灰尘，在减震组件的下端设有密封套，为减少前叉管的摩擦和磨损，保持其平稳性，在减震筒的下端中部位置还装有含油轴衬。这种减震器主要起缓冲作用，也有一定的减震作用，它的结构简单，造价低，但减震效果并不理想。一般装在舒适性要求不高的轻便车型上。
(2) 伸缩管式前液压减震器
伸缩式前减震器同前轮和车架是连在一起的，它既起到一部分骨架支撑作用，又起到减震器的作用。在滑柱内腔装有一活塞杆，滑柱内腔被活塞隔开的左右两部分为减震器的上、下腔。活塞杆开有内孔、导流孔和2个阻尼小孔。在压缩行程，滑柱受压，弹簧1被压缩，产生缓冲阻力，B腔容积减小，腔内液压油通过导流孔进入活塞杆内腔，同时A腔容积增大，通过两阻尼孔吸油产生压缩阻力；在复原行程，在弹簧1回复力的作用下，A腔容积减小，腔内油压增加，液压油只能通过阻尼孔和配合缝隙排出腔外，行成复原阻力。这种结构能使阻尼与车体悬挂装置在某一工况下形成良好的非线性匹配，减小车轮振动传给车身的的振幅和能量，提高减震性能。
目前国内大多数摩托车都采用液力阻尼式减震器。它工艺性好、成本低、重量轻，主要零件采用了冲压、粉末冶金及精密拉管等高效工艺，适合大批量生产。其工作介质是液压油。在阻尼器的活塞上开设有多个阻尼通孔，活塞与活塞杆的结合处设置有阀片限压阀开阀机构。当其受到振动时，液压油通过阻尼孔及阀体结构，产生阻尼力，消耗振动的能量，实现缓和振动冲击的作用。此种前减震器兼有弹簧和液压阻尼两种减震，减震效果十分明显，减震性能良好，因此本课题选用此种类型的前减震器[6]。（参照图3.3）
摩托车前减震器由两件并列的伸缩筒式前减震器构成，前减震器主要由内筒、外筒、弹簧等零件组成。根据伸缩筒结构形式的不同，可以分为以下三种：
（１）简易型伸缩筒式前减震器
其内外筒的间隙较大，内装有弹簧和减震橡胶，无减震液，故没有阻尼结构，价格最便宜，所以减震性能并不好，常用于小型家用车及坐式车上。
（２）倒立型伸缩筒式前减震器
倒立型结构与正立型正好相反，直径大的外筒布置在上部，活塞杆固定在上部外筒内，滑动的内筒则在下部，油封的上部为减震油滑动部分，因此，减震器若漏油，则油滴便滴到制动盘和轮胎上，不仅有碍制动，而且还会腐蚀轮胎。同样，为了保证部分免受灰尘的伤害，在前叉下部设置有防尘罩。
适合于排量较大类型的摩托车。如图2.1。
（3）标准型伸缩筒式前减震器
其结构合理，对于相对滑动的部位，要求由较高的制造与装配精度，进行过抛光加工等，导向衬套用聚四氟乙烯制成，使工作时内外筒不仅能相对滑动，而且能承受弯曲力[2]。

图2.1 倒立型伸缩筒式前减震器

图2.2 标准型伸缩筒式前减震器

2.1.2 前减震装置的主要结构参数
在摩托车的侧向平面内，方向柱轴线与前轮垂线的夹角称之为前伸角(亦称之主销后倾角);方向柱轴线与地面的交点至前轮与地面接角触点之间的距离称之为前伸距(亦称前叉伸长量)，见图2.3。摩托车转向时，前轮将转向力矩传给地面，并引起路面对前轮的侧向反作用力。由于前伸角、前伸矩的存在则形成使前轮回正的力矩，也称稳定力矩。一般来说，前伸角、前伸距大，则回正力矩也增大。因此，前伸角、前伸距的大小不仅直接影响到摩托车轴距的大小和车架刚度，而且对摩托车的稳定性和操纵灵活性起着决定性的作用。各种不同用途、不同类型的摩托车对上述参数的要求也各有不同[1]。

图2.3 前减震器结构参数

2.1.3 前减震器结构方案的确定
标准型伸缩筒式前减震按照具体结构不同又可细分为:外弹簧结构减震器、外活塞结构减震器、无支撑套(齿环)减震器、单支撑套(齿环)减震器和双支撑套(齿环)减震器五种[5]。
下面对其进行分析比较确定前减震器结构设计方案。
① 外弹簧结构减震器
外弹簧结构减震器特点:
1)复原阻尼力较小。
2)缓冲阻尼力合格。
3)工序多、制造困难。
由于铁筒经扩径加工、焊接等工序，该减震器变形非常大，往往焊接后需要增加加工工序，而成本居高不下。不象内弹簧减震器具有结构紧凑、美观、灵巧等优点。所以本课题不选用此类型的减震器。
　　② 外活塞结构减震器
　　　　外活塞减震器结构特点:
1）复原阻尼力合格。
2）有导向套。
3）高压油对油封有冲击，油封存承受不了高负荷而增加渗漏油。所以此类型的减震器由于漏油严重而被市场淘汰[1]。故本课题不选用此类型的减震器。
③ 无支撑套(齿环)减震器
无支撑套(齿环)减震器结构的特点：
1） 支撑套(齿环)减震器无上下支撑套，阻尼力在0.5M/S下其复原阻力较小，且压缩阻力往往大于复原阻尼力。
2） 支撑套(齿环)减震器从结构上讲，底筒组合减掉了轴套(复合导向套)前叉管组合减掉了上下支承套、弹性圈(鞍形簧片)、衬套、支撑座，减震器少了定位套、背撑环(起固定油封的作用)等多种零件。
3） 底筒组合减掉了轴套(复合导向套)，减膜器工作时有一定的侧向力，必将造成前叉管组合单面磨损、油封渗漏油等弊病出现;
4）上下支撑套极易造成卡滞卡死现象，压缩行程和复原行程中阻尼套始终处于密封状态下，因而其阻尼力无法自动调整[1]。
因此这种类型的减震器是一种不合理的结构，虽然其零件减少，成本下降，但性能差，不符合本课题设计的要求。故不选用此类型的减震器。
④ 双支撑套(齿环)减震器
双支撑套(齿环)减震器结构
1） 具有完善的结构、零件多、成本高。
2） 复原阻尼力大于压缩阻尼力;有足够大的缓冲力。
此类型减震器符合减震器的性能要求，广泛地应用于中、高档摩托车上。因此，本课题设计的排量为125ml的踏板摩托车不符合此类减震器，故本课题不选用此类减震器。
⑤ 单支撑套(齿环)减震器
该减震器结构比较合理，减震效果较好，和双支撑套(齿环)减震器相比，单支撑套(齿环)减震器减掉了下支撑套，成本稍低。
1） 具有完善的结构、零件多、成本比双支撑套(齿环)减震器低。
2） 复原阻尼力大于压缩阻尼力;有足够大的缓冲力。
3） 减震效果好，性能柔和。
2.2 摩托车后减震的结构分析与选型
2.2.1摩托车后减震结构型式确定
后减震器常用的结构形式主要有空气式、液力式、油气式三种。
① 空气式减震器
空气式减震器主要由活塞杆组件，缸筒组件两部分构成。其工作原理是:压缩行程时，缸筒下腔的空气受压，通过活塞与缸筒的间隙进入上腔;复原行程时，上腔空气受压又返回下腔，空气的这种往返运产生阻尼，使车体振动速度下降，振动得以衰减。由于空气有如气垫，形成阻力，故空气式减震器的减震效果虽比弹簧式有较大改进，但由于气体粘度很小，所以减震效果仍不够理想，一般也只用于车速不高的轻便摩托车上[6]。
② 液力式减震器
液力式减震器结构特点:液力阻尼器的活塞周向开有数个阻尼孔，活塞杆上开有一个与上下腔连接的通孔，活塞与活塞杆的接合处设置有阀片限压阀开阀要构。液力阻尼器的工作介质是液压油。在压缩行程时，油液流经两条通道，一是通过活塞杆的常通孔直接进入上腔，另一条是通过活塞上的数个阻尼小通孔经限压阀片进入上腔;在复原行程时，油液只通过活塞杆上的常通孔流回下腔，另一通路由于限压阀作用而封闭，致使流量大为减少，复原行程的阻力值远远大于压缩行程的阻力值，这对迅速衰减车体振动有重要意义[6]。
液力阻尼器减震的原理是:利用油液在孔道中往复流动产生的摩擦阻尼作用吸收车体振动的能量，从而达到衷减震动，提高整车平顺性的目的。使流动液体产生阻尼作用的结构是阻尼器上设置的各个阻尼通孔及阀片限压阀开阀机构，这种结构使阻尼作用与车体减震装置形成良好的非线性匹配，使减震性能大为提高。
目前国内大部分后减震器都是这种结构，本课题所选用的后减震器也是这种液力减震器。
③ 油气式减振器
油气式减震器主要由活塞杆组件，筒件组件及一个气室组成，它取消了一般液力阻尼器特有的起分流和补偿作用的底阀结构，用一个装有惰性气体(N2)的气囊代替。这个气囊相当于一个刚可变的弹性元件。油气式减震器的工作介质是液压油和惰性气体。在压缩行程时，充气预压直接作用到活塞上，迫使油液通过活塞上的通孔及阀结构节流，产生准确的减震液压，构成需要的压缩阻力:在复原行程时，上下工作腔交换的容积不等，上腔多出的部分容积由充气囊自行调整填补(气囊涨开放气)。因而可使后续的压缩行程既不存在空腔又工作灵敏、柔和。
油气式减震器的两个较明显的特点是:油室大，工作腔长，活塞直径大，这意味着这种减震器的流量比一般液压减震器大，而泄漏损失相对较小，具有更准确的减震液压和优良的工作阻尼作用。二是有效散热面积增大，使减震性能增强，各种路面急转弯和高速行驶的情况下，有效的提高了车轮与路面的附着性及行驶的安全性[6]。
油气减震器是当今世界公路赛车及越野赛车采用的先进结构的减震器之一，它的出现和应用代表了减震器的发展方向，但其制造中要求有准确的充气工艺和严格的密封工艺。

图2.8 油气式减振器

2.2.2摩托车后减震形式概述
后减震器的减震形式对驾乘人员的舒适性、摩托车行驶的平稳性有重大影响，其减震形式主要有三种方式：对称双后减震、单后减震、中央单减震 。不同的减震形式适用于不同的车型。其特点如下：
① 对称双后减震
此种双减震系统,缓冲性能优良,路况适用性好,乘骑更舒适。具有较强的负重能力,载货方便可靠，但其转弯向性较单减震形式差，比较适合于公路车。
② 单后减震
单后减震就是将一个减震器放置于左侧，这种形式的减震有一定的偏振性，比较适合于轻型的坐式车。
③ 中央单减震
中央单减震不但可以有效防止单后减的偏振现象，而且弯向性也是三种减震形式中最好的，当它拐弯时不会有很大的摆幅,同样由高处飞到低处,它不但能很好的下沉,而且还不会像双减震可能两边受力不均匀,在落地一瞬间出问题[6]。
针对本课题踏板式摩托车因为选用整体式后摇臂，因此不能选用中央减震形式，考虑到125ml排量属于轻型摩托车，且此种车辆一般用于冲击较小时行驶，故选用单减震即可满足需要。
2.2.3摩托车后减震参数
后减震装置的结构参数及其相关参数，这些参数主要是后轮叉安装倾角以及后减震器安装倾角，后轮叉的前后开档安装宽度，后减震器安装长度，两前后轴孔的距离L。

图2.9 后减震装置的结构参数及其相关参数

减震结构参数的确定与选取比较灵活，主要取决于摩托车的整体的造型要求，而且不同车型不同设计风格要求也不尽相同，例如，后轮叉前支撑孔开档尺寸与车架相关，后安装轴孔开档尺寸则与后轮毂、轮轴组合装配的宽度有关，其两轴孔的长度又与整车的轴距L，发动机的摆放位置，后轮叉与车架的连接点位置有关等。而对，两参数的确定与选择，由于该两参数对整车的性能有着重要的作用，应参考同类型车的经验数据加以综合后再确定为稳妥。）
① 后减震安装倾角
是指后减震器轴心线与后轮轴垂线间的夹角。该倾角的大小对整车性能有较大影响。值过小，骑行过程中整车所受的振动冲击能将使后减震的总垂直变形能量增加，水平变形能量变小，影响车辆的垂直稳定性且易影响前减震装置使前减震产生“点头”现象。而值过大虽会使整车缓冲力提高，但减震器自身的减震作用消弱，同时还要受到整车造型的制约，一般普通车辆的值大致在15～25范围内。
② 后轮叉的安装倾角
后轮叉的安装倾角是指后轮叉前后两安装轴孔中心连线与水平基准线之间夹角。值小，将士后轮叉向上的垂直变形能增加，水平变形能含量减小，同时保持一个合理的的倾角，还能使整车在满载时，后轮叉向接近水平方向变化，使车能得到一个向前的水平推力。一般车型由于结构等因素的制约，安装倾角大致在～之间取值[1]。
2.2.4后减震器的工作原理
后减震器 ，它主要由、缓冲弹簧、阻尼器部件.缓冲垫构成，其中起主要作用的是缓冲弹簧和阻尼器部件。单减震器缓冲弹簧刚度比双后减震器的缓冲弹簧刚度稍大。双后减震器的弹簧刚度一般在10-45N/mm;而单后减震器的弹簧刚度一般在15-60N/mm。
当摩托车行驶在不平的路面上时，车轮产生的冲击力经后叉传递给减
震器，这时活塞杆组合相对向下运动，同时压缩缓冲弹簧，这样活塞下方的
容积逐渐减小，油压升高，而活塞上方的容积逐渐增大产生真空度，此时活塞下腔的油液经活塞上的阻尼孔，冲开阀片B流入上腔，同时还有一部分油液经底阀阻尼2摩托车前后减震的结构分析选型及参数确定小孔流入贮油腔，这样充分发挥了缓冲弹簧的缓冲作用，降低了冲击载荷。当冲击消失后缓冲弹簧复位时，油缸下腔容积增大，油压下降，而上腔容积减小，油压增大。此时阀片B弹回堵住一部分阻尼孔，油液经阀片B上阻尼小孔，冲开阀片A流入下腔，同时贮油腔的油液经底阀阻尼小孔冲开底阀片也流入下腔，这时油液经过的阻尼孔比压缩时经过的阻尼孔小得多，所以油液经阻尼孔流回活塞下腔的阻力就比压缩时大得多，从而减缓了缓冲弹簧的回位速度，降低了摩托车的振动[6]。
后减震器结构见图2.10。

图2.10 后减震器结构

参考现实125ml排量摩托车（QM125T-10D和QM125T-2H）相关数据及本章中的分析可得到如下信息：
表2.1前悬结构信息

前减震器
单齿环伸缩式减震器
β
28

表2.2后悬结构信息

后减震器
活塞式单侧减震器
а
15

并初步设定气候阻尼器的刚度分别为10N/mm和20N/mm。这是下一章计算的前提条件。

表2.3 车体相关参数

轴距
1350(mm)
方向把回转角
140()
整备质量
130(Kg)
满载轴载荷（前/后）
1050/1750(N)

济南大学毕业设计- 第三章 摩托车前后减震的分析计算
第三章 摩托车前后减震的分析计算
摩托车前后减震的分析计算主要是前后减震器的分析计算，因此本课题主要是对减震器的分析计算
3.1 前减震器的分析计算
3.1.1 前减震器力学模型的建立
为了模拟摩托车在行驶过程中，车体受到来自不平路面冲击振动，我们建立了与实际振动系统相对应的数学力学模型：质量－弹簧－阻尼系统。
为了方便研究分析，现将整车的质量按质心位置分解且集中到前后减震上去，并采用某些接近于实际情况的假设条件，可将整车的振动情况简化为两个独立的单自由度的力学模型。

m -------质量系统
k ---弹簧刚度系数
c-----粘性阻尼系数
图3.1 基础作简谐运动的单自由度系统及其受力分析

该振动系统的振动力程可用下式描述：

式中 m——减震装置的簧上质量；
　　c——减震阻尼的阻尼系数；
　　k——减震弹簧刚度；
　　Z——z方向位移量。
不计摩擦，该振动系统的固有频率为：
n0= (3-1)
系统固有频率n0随减震弹簧刚度增加而增加，随簧上质量增加而下降，它是衡量摩托车平顺性的重要参数，固有频率低则整车的平顺性就好。一般在良好的路面上，前减震的固有频率不应超过1.3-1.8Hz[3]，后减震不应超过2-2.5Hz[3]。为减少摩托车的纵向角振动，后减震的固有频率应略高于前减震的固有频率。
也可用静挠度来表示减震的固有频率：减震的静挠度fc与簧上质量m和悬架刚度k的关系可表示为：
= ; n0= (3-2)
静挠度人指摩托车在满载时减震装置存静载荷作用F的变形量。减震静挠度与刚度成反比关系。减震越软，静挠度便越大，反之亦然。故静挠度的值能明确反映车辆减震的软硬。 由于摩托车的不同用途，对减震作用的静挠度要求出不同。其中越野车对其静挠度要求最大，公路车次之，一般通用车要求较小。前后减震装置的静挠度一般不使其相等，以避免前后减震同时共振。其匹配对摩托车的行驶平顺性影响很大。一般前减震静挠度大于后减震静挠度以改善驾驭及操纵条件，减少纵向角振动。各种不同用途的摩托车其前、后减震装置的静挠度有—定的比例，如通用半的前后悬仕装置的静挠度比为0.6-0.8[3]。

表3.1前后减震静挠度及刚度

车种
参数
前减震装置
后减震装置
通用车
公路车
越野车
通用车
公路车
越野车
mm
90～140
110～200
230～300
65～80
70～110
100～140
弹簧刚度N/mm
5～7
5～7
4～5
15～25
15～22
12～18

已知前轮载为1050N,后轮载1750N(参考QM125T-10和QM125-2H)根据公
式n0=[6]可推导得公式k=4π2n02m(m为簧上质量，可根据前后轮载以及车体结构近似估计前后减震的簧上质量-前减震去除车轮和制动系统等附件，后减震则还应该同时去除发动机总成及传动系统，前悬的簧上质量可估计为80Kg，后悬的簧上质量可估计为120Kg)
计算前、后减震刚度：
kq=4π2n02mq=4×3.142×(1.3-1.8) 2×80=4998.5-11500.2N/m
kh=4π2n02mh=4×3.142×(2-2.5) 2×120=18930.4-26578.8N/m
可以由此初步设定前后减震刚度分别为10N/mm和20N/mm
3.1.2 前减震器压缩弹簧的计算
已知弹簧刚度= 5，当行程为60mm时，所受载荷300N。由立管内径得，弹簧中径D=20mm。
表3.2 弹簧丝力学性能
类型
牌号
弹簧许用应力[τp],Mpa
许用弯曲应力[]Mpa
剪切弹性模量G，Gpa
推荐硬度范围HRC
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅰ
Ⅱ
钢

丝
碳素钢钢丝

0.3

0.4

0.5

0.5

0.625
0.5d4
81.5～78.5
d>4
78.5

_

特殊用途弹簧钢丝
65Mn
60Si2Mn
471
627
785
785
981

78.5
45～50
47～52
60Si2Cr
70Si3Mn
530
706
883
883
1100
47～52
65Si2MnWA
60Si2CrVA
560
745
931
931
1167
47～52
50CrVA
442
558
735
735
920
45～50
30W4CrVA
43～47

解
1、 选择材料和确定许用应力 根据弹簧所受载荷特性及要求，在表3.1种选择60Mn作为弹簧材料。因减震器将受到冲击载荷所以选择Ⅲ类载荷 ，则=0.5×1000Mpa=500(Mpa)[12]。
2、 选择旋绕比 根据热卷弹簧旋绕比4-10；冷卷弹簧4-14，初步选择旋绕比C=6。
3、 计算钢丝直径 根据式[6]可得计算钢丝直径公式为 (由于所受载荷为静载荷，所以曲度系数K=1)
=3.1(mm)
钢丝直径d在假设范围内，根据优先选取d=3.5mm
4、 计算弹簧圈数 根据公式[6]得
=36.95
取n=40圈，两端各取一圈支撑圈，则弹簧的总圈数：n1=n+nZ=40+2=42(圈)
5、 自由高度 为增加其受力均匀性，采用YI型端部结构两端并紧并磨平，其自由高度取ζ1=0.1d ,按t=d+f/n+ζ1[6]初估节距
t=d+f/n+ζ1=3.5+60/40+0.1×3.5=5.53(mm)
代入自由高度公式 H0=n×t+1.5d=40×5.53+1.5×3.5=226.45(mm)
按系列值，取H0=230mm。
6、 弹簧的节距 根据[6]得节距
==5.64(mm)
7、 弹簧的螺旋角 按式[6]可得
=arctan=5.7()
此值符合一般要求5～9。
8、 弹簧材料展开长度，根据式L=[6]可得材料展开长度
L===2652(mm)
9、 弹簧的实际性能参数 根据[6]可知弹簧刚度
==4.9(N/mm)
根据前减震器结构参数可得减震器预压高度
hpre=200(mm)
当减震器没有载荷时，弹簧处于预压状态
F1=k1(H0-hpre)=4.9×(230-200)=147(N)
当减震器处于最大工作行程时弹簧压缩长度
=90（mm）
F2=k1×=4.9×90=490(N)
　　以上分析均是计算单根减震器弹簧的，但是实际中，如第二章分析，前减震器为左右双减震器组合，单根弹簧的刚度为减震器组合的，即。
前减震器弹簧的综合特性曲线图如下：

图3.2 压缩弹簧的特性曲线图

减震弹簧应符合GB/T1239.2 规定，精度等级不低于2 级。
3.1