冯钊明
江门市豪爵减震器有限公司
摘要：研究了摩托车减震器后倾角设计相关问题，在驾驶安全性与使用可靠性的前提下，对减震器受力情况进行分析，得到最佳后倾角设计表达式。本文研究中分析了总阻力和先后轮重力关系，并且对相关设计值进行实际验证，确保摩托车减震器设计与制造效果更加明显，延长相关构件使用寿命，为总成装配或零件制造贡献价值。
关键词：摩托车；减震器后倾角；计算方法
前言：摩托车前减震器后倾角的设计影响驾驶安全性与行车稳定性，并且关系到乘坐舒适性和实际转向能力。对相关设计进行优化也影响到前减震器使用寿命和可靠性，对摩托车设计提供科学合理支持。为实现这一目标，研究了摩托车减震器后倾角计算方法，得到后倾角实际值，为相关设计研究人员提供数据参考。
1减震器后倾角受力状况分析
摩托车减震器下端与轮轴连接，上端则与车架连接，是摩托车重要组成部分，对减轻车架压力、提高乘坐体验具有重要应用价值。摩托车行驶过程中，后轮驱动力通过前减震器推动前轮滚动，相关作用力方向与驱动力同向，沿着水平面向前。与此同时，前减震器受到车轮轴影响，会对其形成向后的反作用力，力的大小与车轮轴的推力相反、方向朝后[1]。
减震器下端也会受到水平向后分力标记为Q，此时车轮轴对减震器造成支反力，其大小与前轮承受的重力大小相等，力的方向为垂直向上，标记为Z，相关受力情况如图1所示：
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图 1 减震器受力情况图示
如图，当Z与Q的合力作用方向与摩托车轴线重合，则此时减震器只受到轴向力影响，因此，受力较为单一、稳定，不会出现明显轴向弯曲和变形情况。相关情况下，减震器性能可充分发挥。倘若Z与Q的合力作用方向与轴心线不重合，Z垂直向上的力偏大或Q水平向右的力偏大，则会促使减震器发生弯矩作用。相关受力结构会造成减震器伸缩管运动受阻，产生附加阻尼，不仅增加了减震器固件磨损，而且降低了乘坐舒适性。
弯矩较大时，也对摩擦车驾驶稳定性与安全性造成影响，在减震器后倾角的设计时，应考虑Z和Q力学性质。分析图1可知，增加Z值后，减震器后倾角变小；增加Q值，则后倾角增大。因此减震器后倾角设计中，应考虑Z与Q的大小，根据具体力学情况和计算值合理设计相关构件。
2摩托车减震器后倾角计算的具体方法
上文提到的水平分力Q包括车轮在行驶时受到的滚动阻力Ff、越障阻力Fr、空气阻力Fw和车轮行进中的摩擦力Fm。
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以下对具体计算方法进行说明：
2.1滚动阻力计算
摩托车行驶时滚动阻力与路面实际状况有关，路面状况越好，滚动阻力系数越小。例如，试验条件为普通轮胎，250kPa压力下，沥青路面的阻力系数值为0.01，而沙土路面阻力值高达0.2。此外，轮胎结构和摩托车速度均会影响滚动阻力系数。子午线结构的轮胎阻力系数低于普通轮胎。因此，在同一型号摩托车不同轮胎应设计差异化的减震后倾角[2]。
通常情况下，当摩托车速度超过60km/h，阻力系数变化较大，变化规律是随着车速增加而增加。普通轮胎在250kPa的充气压力下，摩托车减震器后倾角阻力系数计算如下：
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公式中，f0为低速下的滚动阻力系数；V是车速。为确保安全性，高速摩托车前减震器后倾角设计取较大值。
同时，设计过程中需要考虑下轮胎充气压力，以子午线轮胎为例，充气压力为350kPa，车速为70km/h条件下，其滚动阻力系数为0.01。在减震器后倾角设计时应充分考虑最低胎压问题。
2.2越障阻力和空气阻力
摩托车在正常行驶中会遇到障碍物，前轮越过障碍物时存在较大阻力，此时形成越障阻力。在减震器后倾角的设计与应用中，需要考虑越障阻力相关问题，确保设计安全性与合理性。摩托车前轮轴受力情况如图2所示：
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公式中，Xmr为摩托车发动机转动系数和惯性质量；R’为车轮的滚动半径；R则表示车转弯时半径；ρ为空气密度；hg为重心高度；Cmwy表示俯仰力矩系数；θR为车体侧倾角，r为轮胎半径。通过相关表达式能够实现对垂直分力的有效计算，进而为减震器后倾角设计提供理论基础。对公式进行深入分析不难发现，Z值随着车速增大而减少。通过理论试验得到以下结论，当摩托车速度达到70km/h，Z下降的幅度相当于静止状况下的80%。
2.4摩托车减震器与前轮关系
实际应用角度分析，摩托车前减震器下端与摩托车减震器前轮之间存在相互关系，二者通过上联板和下联板连接起来。当摩托车在正常行驶中，后轮驱动力通过摩托车前减震器推动前轮行进，二者存在力学传导效应。在减震器后倾角的理论计算中，应分析受力情况变化，对车轮和减震器关系进行明确，同时，对数值进行科学分析，了解作用在减震器上力学状况。
减震器后倾角设计过程中，考虑了减震器垂直向上的作用力，并对轴心压力的变化进行计算，明确了二者在重合和有夹角状态下相关力学形式变化。理论研究中，可通过对摩托车前减震受力状况分析得到减震器设计表达是，进而分析后倾角设计大小和作用力之间关系。设计过程中，无论是Z点偏大还是Q点偏大，都会影响到摩托车的弯矩作用力，进而导致摩托车伸缩管的运动能力受阻。但是，在具体应用中，还需要考虑影响形成安全性与稳定性的具体因素，对相关参数进行检验，使得设计值达到最高标准，提升减震器整体性能。
结论：综上所述，对减震器受力状况进行了分析，提出垂直分力和轴向力的概念，并研究了减震器后倾角计算方法，论述了滚动阻力、越障阻力和空气阻力、垂直分力对计算结果产生的具体影响。通过对计算过程优化控制、能够为相关设计工作提供数据参考，促使摩托车行驶安全性、稳定性，实现充分减震、确保舒适性。
参考文献：
[1]冉险生,杨静,黄泽好.考虑摆振的摩托车前悬架系统优化分析[J].现代制造工程,2019,000(011):56-61.
[2]尹相国,赵永瑞,姜石锟,等.贝叶斯估计在静态倾角计算中的应用[J].中国计量大学学报,2020,031(001):P.120-124.