摩托车车架作为摩托车总成的一部分，承受着各种各样的复杂载荷，其结构的强度、刚度和固有特性是车架的重要设计指标，摩托车车架多数采用复杂管、板式焊接结构，是摩托车的支撑骨架，在整车中既要满足众多车体零件安装的要求，又要保证车辆行驶平稳，因此对车架的结构尺寸和形状精度要求较高。摩托车车架焊接后往往会变形，不但直接影响整车装配及整车性能，还可能降低车架结构的承载能力引发事故，因此制造中限制和消除焊接变形非常重要。开展摩托车车架结构优化设计，改善其性能，具有重要的工程实用价值。

1 摩托车车架的功能、组成与常见形式
摩托车车架（见图1）不只是为了连接发动机、悬架装置、行走装置以及其他零部件，还为车轮提供安装位置，更重要的是能充分发挥每一部分各自的功能，在复杂路面行驶时，能有效的抵抗来自路面的颠簸和冲击。因此，车架是非常重要的构件，特别是要求有足够的强度和刚性。

摩托车与其他车辆相比，由于在主要零部件的连接组成关系上有一定的区别，有其特殊性。比如，两轮摩托车是通过前后轮来行驶的。车辆在静止状态时，不借助支粱就不能保持平衡，在行驶过程中必须靠转向手把来保持车辆平衡。不能以巨大的结构钢来获得车架的强度和刚性，要尽量采用质量轻、刚性好的特殊管材或板材组成车架。此外，车辆在零部件的组成方式上，大都以外露的形式装配在车粱的一定空间范围内，在外观造型方面也十分考究等。因此，摩托车车架是一个要求严格的构件。
摩托车的使用范围广泛，种类繁多，为了适应各种车辆的使用要求，必须设计出各种不同特性的车架，一般来说，摩托车车架的形式以发动机的大小而异，具体说是由车辆性能加工的形式以及使用状况的不同而定的，从大的组合结构形式来看，分为2大类：1）由多个简单件通过一定的工艺，组合成一个空间框架结构体，即空间结构型车架；2）以一个主梁为主体骨架，加上一些辅助安装件组成的主体梁式结构车架。
2 摩托车车架的使用特点及要求
摩托车车架看上去只是几根杆件焊接在一起，较简单，实际上其设计涉及多方面的考虑。车架如同人体骨骼，必须要有足够的强度和刚度，且在质量、造型等方面也有相应的要求。
a）车架要有足够的强度，其需承受发动机、其他零部件及骑乘者的质量，限制装配件的移动，并影响其运动性能。不同使用对象的摩托车车架强度不同，例如街车就比越野车的强度要低。
b）车架要有足够的刚度，所谓刚度指抵抗变形的能力。与汽车相比，两轮摩托车具有更大范围的运动自由度，可急剧转弯、行驶凹凸不平山路等。车架刚度低，当车辆受到冲击时车架容易变形，但车架刚度过大会在某种范围内影响系统弹性，从而影响骑乘者的骑乘感。
c）车架的结构尺寸要符合要求。车架有些部分是十分关键的，会影响摩托车运行的平稳性。
d）设计师在设计车架时要考虑到车辆的敏捷但又不宜太灵活，要稳定但又不宜太沉重。例如转向轴头，涉及到前叉倾角、车轮拖曳距、偏置距、两轮轴矩等尺寸问题。前叉倾角大，转向时方向把手移动的角度也就小；拖曳距大，前轮回中的扭力也就越大，车辆也就越稳定。所以美式摩托车车型虽然较大，但由于前叉角度较大，行驶起来十分平稳。但拖曳距越大转向就越重手，因此一般轻型摩托车的拖曳距在85～120mm间。摩托车在行驶中所产生的转向力、离心力及车辆的颠簸，均会促使转向轴头侧扭，为抵抗这种侧向扭力，车架常使用粗大的管梁和加强杆，从发动机两侧延伸至转向轴头位置焊接。
e）车架质量要轻，材料上多采用高强度钢材，这种钢材含有钦、锭、钒等微量元素，现在，有些车辆应用铝合金车架或者钦合金车架。减轻摩托车本身的质量，等干增加了发动机的功率。

3 摩托车车架的型式分类
目前，摩托车车架的型式主要为：主梁结构式车架、菱形车架和托架式车架。主梁结构式车架又称脊梁型车架，是用1或2根主梁做脊骨的车架，应用较广泛；菱形车架形似钻石状，因此车架又称钻石式车架，这种车架属于空间结构形式，发动机横置在钻石形内，作为车架的1个支承点，能增强车架的强度和刚度，道路竞赛摩托车应用较多；托架式车架形似摇篮，又称摇蓝式车架，也属空间结构形式，发动机安装在摇蓝形中，由于发动机下面有钢管支承，对发动机能起保护作用，所以许多越野车用此类车架。
a）脊梁悬架式车架与摇篮式结构的车架有明显的差异，主要是发动机的安装方法不同，其不像摇篮式车架那样把发动机置于框架之内，而是把发动机下面的车架部分全都省去，从车架转向立管到车架尾部以一个较大的主体骨架形成一个如同脊梁骨一样的构件，发动机以悬架的方式安装于脊梁下部，所以称这类车架为脊梁悬架式车架。
这种车架除少数车种用钢管或者用钢管和钢板混合组成车架外，基本上均是采用左右结构组合的冲压薄钢板成型。这种车架结构简单，适干大量生产。由于脊梁部位受运行中的冲击负荷较大，同时又受发动机振动的影响，容易产生应力集中的弱点。因此，此处的断面形状设计必须根据成车的载荷状况慎重考虑，特别是轮距较大的车辆，应有足够大的断面面积和理想的断面形状。此种车架在强度和刚度上受到结构的一定限制，同时成车辅助零部件的空间布置比较困难，一般多用于中小型实用摩托车。
人们习惯把脊梁悬架式车架分为2大类，即上脊梁式车架和下脊梁式车架。上脊梁式车架就是主体脊梁位于车架上方，一般大体形状为T字形。其优点是在主脊梁前部可以设置一个较大的燃油箱，这种车架大体用于中小型实用车，如嘉陵JH70摩托车就是采用这种车粱。下脊梁式车架与上脊梁式车架的主要区别在于：下脊梁式车架的脊梁前部向下弯曲形成一个适当空间，骑乘者可从座垫前面方便上下车，这类车粱为跨越式车架。这类结构的车辆运输货物较为方便，如CY80摩托车就是采用这种车架。
b）跨接式菱形车架的特点是省去了发动机下方的车架部分，直接利用发动机本身这一刚性体作为车架的一个组成部分，将车架连接起来。因此可以这样说，在车架未安装上发动机之前，还不能说其是一个完整的车架。由于此种车架是依靠发动机把菱形的不连续部分跨接而成，所以称其为跨接式菱形车架。由于这种车架是把发动机作为车架的一个构件，车架所承受的振动和冲击，也就是发动机体要承受的振动和冲击。因此，其缺点是发动机曲轴箱有可能变形而影响发动机性能。其优点是节省车架材料，车架质量减轻，结构筒单。这种车架多用于中排量的摩托车，特别是越野车。为了能获得理想的最低离地高度，也较多的采用这种车架。在大排量的摩托车中，由于发动机的连接强度问题得到了解决，也逐渐采用这种车架。
c）摇篮式车架在大功率摩托车、高速竞赛车和越野车上广泛地采用。其特点是摩托车发动机的安装状态犹如婴儿被放在框架的摇篮中一样。这种空间结构的车架比主体梁式结构的车架，在强度和刚性方面都要好得多。
在摇篮式车架中，有双排下管摇篮式车架（如图2）、叉形下管摇篮式车架（如图3）和单下管摇篮式车架。从车架转向立管至发动机下方由2根并排钢管配置的，称为双排下管摇篮式车架；以单根钢管与车架转向立管相接，而在发动机下方又为2根并排钢管配置的，称为叉形下管摇篮式车架；而由单根钢管构成摇篮框架的称为单下管摇篮式车架，此类车架一般都是以圆形钢管成型，但也有少数采用矩形钢管成型。如幸福250摩托车就是这样的矩形单下管摇篮式车架。



这3类车架使用上的区别在于，由发动机的结构形式不同决定采用相应的车架。除与发动机大小和形状有关外，其中最主要的原因是为了更合理布置发动机的排气管。例如，双气缸和四气缸发动机排气管分置两侧，一般宜采用叉形下管或单下管的车架。三气缸发动机排气管置于中间和两边，多采用双排下管车架。作为单缸发动机也采用双排下管车架，排气管侧置的单气缸发动机却采用叉形下管或单下管摇篮式车架等。摇篮式车架之所以被设计者广泛采用，其原因是由于其不但有理想的强度和刚性，且造型美观，利于成车结构布置。这种车架所构成的成车，在车架的衬托下，给人结构和艺术的协调感。
d）组合摇臂式车架结构中没有发动机的固接部位，摩托车的发动机不像脊梁式、跨接式和摇篮式车架那样直接固定在车架上，而是把发动机、后臂、驱动装置和后轮组合成一个刚性整体，在发动机曲轴箱上设置绞接支点与车架绞接形成一个组合摇臂结构。这种形式的车架没有单独的后臂，在行驶过程中发动机相对于车架并不是静止的，而是随后减震器的振动而摇摆。此外，由于绞接处较低，车架的主梁相应较低，车架前部呈下弯状，所以这种结构的车架广泛用于小型摩托车。在这种车架形式中，根据发动机的结构特点，一般又分为跨越式和踏板式2类。
跨越式组合摇臂车架一般采用卧式风冷式发动机，此类发动机与后轮的中心距离较长，车架主梁下弯不能太低，但对骑乘者从前面上下车较为方便，称为跨越式车架。这种车架结构简单，一般采用单根粗钢管成型，质量轻，制造工艺简单。JT50摩托车和明星50摩托车等均属这种车架。
踏板式组合摇臂式车架为使车架前部有足够的空间位置，获得一个搁脚平面，发动机均采用后置立式，后轮采用小轮。由于发动机前面有搁脚装饰板，没有良好的通风条件，冷却方式均为强制风冷。这种车架结构的车辆，由于采用小直径轮胎，装饰面积较大，便于布置整体装饰，因此，成车易于造型，美观小巧，适于城市上下班用车，特别是城市女性用车。
除了上述类型车架之外，还有常见的v型车架（见图4）、侧三轮摩托车和正三轮摩托车车架等。尽管三轮摩托车与两轮摩托车有某些相似之处，在我国把其也列入摩托车的管理范围内，但其使用特点与两轮摩托车有较大的差异，在此不作具体介绍。

4 摩托车车架的材料分类
摩托车车架通常由铝、钢或者合金焊接制作而成，碳素纤维仅仅用于一些特别昂贵或者定制车架。随着摩托车技术的发展，车架材质也不断改进，结构越来越轻巧。随着摩托车工业的不断发展，人们对摩托车的要求也越来越高。作为摩托车关键部件的摩托车车架，其结构性能直接影响着摩托车的安全性和舒适性。鉴于摩托车车架材料柔性化、轻量化的趋势，目前，CFRP（碳素纤维增强塑料）已渐渐地成为赛车车架的主流，合金也会成为车架主要材料。
管材式车架的主要部分由钢管构成，其特点是利用小直径的钢管构成大型的车架，获得有效的零部件利用空间，便于造型，美观实用，具有理想的强度和刚性。这种车架不但广泛用于大型摩托车，也常被小型摩托车采用，特别是单梁结构的小型车，结构简单，生产方便，造价低。由于这种车架的连接部位较多，特别是小管直径空间结构的车架，连接的形式直接影响到车架的强度和可靠性，以前较多的使用铸造、锻造的连接头来增加连接的可靠性，但不便于大量生产。随着先进焊接技术的发展以及加工工艺水平的提高，大大的提高了管材之间的连接可靠程度，并有利于大批量生产。
板材式车架就是薄钢板结构的车架，一般主体分别是用1～1.6 mm厚的钢板冲压成型后焊接组合而成。这种车架大都为主体梁结构的形式，并以左右对合的方式合成，为使车架主要断面有足够的强度和刚性，应充分考虑断面形状和面积，在容易产生应力集中的地方，如车架立管、后臂中心支点、发动机安装座等处用加强板、加强肋等方法来增加强度。板材式车架主体部分一般为大断面造型，可以利用其所形成空间合理地布置零部件。从生产工艺来看，其主要的构成件是左右车架板，因此其最适合于大批量冲制生产。
管材式车架和板材式车架各有所长，钢管和钢板合成车架是兼有两者优点的车架形式。具体来讲就是用冲压成型的钢板代替管材式车架中复杂的接头部分。两者在外观上不协调的地方也易用材料相互弥补。另外，为了增强管材和板材间的焊接效果，一般应选择1.6 mm以上厚度的接头钢板为好。从加工工艺来看，板材式车架利于大批量生产，但整体式的大车架板模具制造困难，加工周期长，因此，采用组合车架能改善工艺性。

5 摩托车车架的主要结构特点
1辆摩托车如果没有坚固的车架作为成车基础，无疑是一堆松散的零部件。对摩托车车架而言，正确的结构造型是比选择车架的材料更为重要。既然车架的结构造型对自身的功能有如此密切的关系，对车架的主要结构特点概略介绍如下。
车架转向立管是任何形式的摩托车车架必不可少的部分，其是前轮转向系统和车体部分的唯一连接点。摩托车在运行中通过其抵抗来自凹凸路面的冲击力、制动时的惯性力、手把转动的横向载荷等，其受力状况十分复杂。为了增强此处的强度和刚性，除必须可靠焊接车架主体外，还需用加强板加固其与车架的连接。为了使车体与前轮转向系统通过立管进行有机的连接，在立管内设置了特殊的推力轴承，从而实现前轮转向系统与车体转向灵活，无上下窜动，确保了车辆的稳定性和安全性。
后臂中心转轴是后臂随同后减震器的转动中心。摩托车的后臂在静止无负荷状态时，均配置在与水平不大的夹角状态，作为链条式末级传动的车辆，驱动链条还不得与后臂干涉，特别是越野车，由干后减震器行程较长，因而后臂的转动弧度较大，车辆上下振动时，往往要与后臂中间连接杆碰撞，因而普遍采用尼龙套式橡胶套来减小链条与后臂中间连接杆的碰撞。
对于轴传动的末级传动车辆，还必须与传动轴的万向节部位保持一致，使发动机的输出力能有效地传递给后轮。根据如此的结构特点，后臂中心转轴的位置必须在决定发动机主链轮（或轴传动的传动轴位置）的同时而确定。此外，根据一般骑乘姿势来看，搁脚位置应设置于后臂中心转轴附近，因而后臂中心转轴的宽度在整体布置上不能太宽，以获得尽量合理的布置形式。因此，后臂中心转轴都作为整个车架的设计基准。