Forces d'inertie du moteur de moto et équilibrage du pédalier

Publié le: 14 juillet 2026
Auteur: Johnny Liu, Chef de la Direction de Dowway Véhicule
Expertise: + de 20 ans de la moto, de l’ingénierie mécanique de haute performance, le moteur de la dynamique, et le châssis de l’intégration.
Temps de Lecture estimé: 12 minutes
Public Cible: Groupe Motopropulseur Ingénieurs De Conception, Les Amateurs De Moto, La Mécanique Des Chercheurs.

Auteurs Note

“Lorsque nous construisons des motos, nous ne cherchons pas à détruire complètement les vibrations. Au lieu de cela, nous apprenons à les façonner. L’équilibrage d’un mono-cylindre parallèle ou bicylindre est toujours une question de compromis. Dans ce post, nous allons décomposer la base physique de Premier Ordre (Primaire) les Forces d’Inertie, de voir comment ils son tour tenu de la Force d’Inertie de l’Ellipse, et de regarder les mathématiques que nous utilisons pour l’équilibre Asymétrique Vilebrequin configurations.”

— Johnny Liu, chef de la direction à Dowway Véhicule

1. La Physique de la Vibration du Moteur

Chaque moteur à combustion interne a des pièces que l’on agite d’avant en arrière ou de tourner autour. Lorsque le piston se déplace vers le haut et vers le bas, il tourne le vilebrequin. Ce mouvement crée des forces qui font de la moto secouer.

Pour comprendre ces secousses, nous avons divisé les forces en deux groupes principaux:

Des Forces du gaz: La poussée de la combustion de carburant dans le cylindre.
Les Forces d’inertie: Les forces engendrées par les pièces en métal, pour accélérer ou ralentir.

Ici, nous nous pencherons uniquement au Premier Ordre (Primaire) les Forces d’Inertie. de Ces forces arrive exactement à la même vitesse que la rotation du vilebrequin (1x la vitesse du moteur, montre que $\omega$).

2. Pistons vs des Masses en Rotation

Avant de faire des maths, on doit diviser le mouvement des pièces de moteur en deux groupes basés sur la façon dont ils se déplacent.

                  [ Piston Assembly ]  <-- Reciprocating Mass (m_rec)
                         |
                         | (Small-end)
                   [ Connecting Rod ]  
                         | (Big-end)
                         |
                  [ Crankshaft Web ]   <-- Rotating Mass (m_rot)

A. Purement Alternatif de Masse ($m_{rec}$)

Ces pièces de déplacer vers le haut et vers le bas dans une ligne droite le long du cylindre:

Le piston, segments de piston, de poignet et de pin.
La petite extrémité de la bielle.
Environ $1/3$ de la partie du milieu (tige) de la bielle.

$$m_{rec} = m_{piston} + m_{pin} + m_{anneaux} + m_{rod\_small}$$

B. Purement Masse en Rotation ($m_{rot}$)

Ces pièces de tourner dans un cercle autour de la principale ligne de construction du moteur:

La tête de bielle.
Le gros bout de la bielle et de ses roulements.
Environ $2/3$ de la bielle tige.
Le contrepoids du vilebrequin webs.

$$m_{rot} = m_{maneton} + m_{rod\_big} + m_{webs}$$

Ce qui est du Premier Ordre, Force d’Inertie?

De premier ordre d’une force d’inertie ($F_{I1}$) est la principale force de secouer un moteur qui correspond à la vitesse du vilebrequin ($\omega$). L’accélération linéaire du piston de masse ($m_{rec}$) crée cette force le long du cylindre path:$$F_{rec1} = m_{rec} \cdot r \cdot \omega^2 \cos\theta$$

Ici, $r$ est le rayon de la manivelle, $\omega$ est le vilebrequin de la vitesse de rotation, et $\theta$ est l’angle de vilebrequin de point Mort Haut (PMH).

3. Le Premier Ordre De Force D’Inertie De L’Ellipse

Un déséquilibre de moteur monocylindre secoue dur le long de son cylindre en ligne. Pour résoudre ce problème, nous avons mis contrepoids ($m_{cb}$) sur le vilebrequin à l’opposé de la tête de bielle.

Si ce poids soldes une part ($C$) de l’autorité pratiquant la messe, la filature contrepoids en fait sa propre force:$$F_{cb} = C \cdot m_{rec} \cdot r \cdot \omega^2$$

Nous pouvons diviser cette contrepoids à la force verticale ($y$) et horizontale ($x$) pièces, où l’ $y$de l’axe des points le long du cylindre:$$F_{cb, y} = -C \cdot m_{rec} \cdot r \cdot \omega^2 \cos\theta$$$$F_{cb, x} = -C \cdot m_{rec} \cdot r \cdot \omega^2 \sin\theta$$

Les Combinés De La Force De Secouer

Lorsque nous ajoutons le pistons force de secouer et de le contrepoidss force, nous obtenons le net forces qui s’exercent sur le bloc-moteur:$$F_{net, y} = F_{rec1} + F_{cb, y} = (1 – C) \cdot m_{rec} \cdot r \cdot \omega^2 \cos\theta$$$$F_{net, x} = F_{cb, x} = -C \cdot m_{rec} \cdot r \cdot \omega^2 \sin\theta$$

Ces équations dessiner une ellipse dans le $x-y$ de l’avion. Nous appelons cette forme du Premier Ordre, Force d’Inertie de l’Ellipse.

Comment le Facteur ($C$) Modifications de l’Ellipse de la Forme

Solde Facteur ($C$)	La Force verticale ($F_{net,y}$)	Force horizontale ($F_{net,x}$)	La forme de la Force de Chemin	Commune De Cas D’Utilisation
$C = 0$ (Pas De Balance)	$1.0 \cdot m_{rec} r \omega^2$	$0$	Ligne Droite Verticale	Inutilisable; les causes de la mauvaise verticale secoue.
$0 < C < 0.5$	Grand	Petit	Verticale De L’Ellipse	Les moteurs montés avec de doux verticale montures.
$C = 0.5$ (50% De La Balance)	De 0,5 $\cdot m_{rec} r \omega^2$	De 0,5 $\cdot m_{rec} r \omega^2$	Cercle Parfait	Standard point de départ pour les mono-cylindres.
De $0,5 < C < 1.0$	Petit	Grand	Ellipse Horizontale	Moteurs avec cylindres horizontaux.
$C = 1.0$ (100% De La Balance)	$0$	$1.0 \cdot m_{rec} r \omega^2$	Ligne Droite Horizontale	Déplace toutes les secoue à l’horizontale secoue.

En changeant de $C$, on ne se débarasse pas de le secouer. Nous venons de changer de forme et de sens. , Nous correspondre cette force de la forme du cadre de la moto de sorte que le coureur se sent de moins en moins de vibrations.

4. Le Monde Réel: Asymétrique D’Équilibrage De Vilebrequin

Dans les livres d’école, les côtés gauche et droit d’un vilebrequin exactement le même. Dans la vraie usines, ils n’ont presque jamais le faire.

       [Left Crank Web]      [Conrod]      [Right Crank Web]
       +--------------+        | |         +--------------+
       |              |        | |         |              |
       |  Alternator/ |========| |=========|   Primary    |
       |  Magneto Side|   [Crankpin]       |  Drive Side  |
       |              |                    |              |
       +--------------+                    +--------------+
              |                                   |
        Shorter/Lighter                     Thicker/Heavier

Pourquoi les Côtés sont Différents:

Des Limites de l’espace: La gauche doit tenir l’alternateur. Le côté droit de gérer les lourdes roues d’entraînement et d’embrayages. Cela rend les arbres de différentes longueurs et épaisseurs.
Déséquilibrée de Poids: La forme physique et le poids de la gauche et de la droite en métal toiles sont différents.
Rocking Motions (Couples): Depuis la gauche et la droite volants s’asseoir à différentes distances de la ligne du centre ($a_L \neq a_R$), la différence de leur poids rend le moteur twist et le rock.

Pour arrêter le moteur de tourner d’un côté à-côté, nous devons calculer le poids exact ($m_{cb,L}$ et $m_{cb,R}$) et les angles ($\alpha_L$ et $\alpha_R$) pour les deux côtés séparément.

5. La Modélisation mathématique de l’asymétrie de l’Équilibrage de Vilebrequin

Laissez-nous mis en place une grille 3D, où:

Le Centre ($O$) est où le cylindre ligne traverse le vilebrequin de la filature de l’axe.
Le $Y$de l’axe va vers le haut le long du cylindre.
L’ $X$de l’axe va d’un côté à-côté (à l’horizontale).
L’ $Z$-de l’axe passe par le vilebrequin.

Laissez:

$a_L$ et $a_R$ être la distance à partir du centre ($z=0$) à gauche et à droite de la manivelle webs.
$m_{rec}$ être le piston poids au centre de la ligne.
$m_{rot,pin}$ être le fait de tourner le poids de la tête de bielle et de la tige de bielle.
$m_{cb,L}$ et $m_{cb,R}$ être le contrepoids sur la gauche et la droite webs, au rayon $r_L$ et $r_R$.
$\alpha_L$ et $\alpha_R$ être les angles de poids par rapport à la direction opposée à la tête de bielle (de 180 $^\circ$).

                      Y (Cylinder Centerline)
                       ^
                       |     Piston
                       |      [ ]
                       |       |
                       |       | Conrod
                       |       |
                       +-------*-------> Z (Crankshaft Axis)
                     / O      Crankpin
                    /
                   v
                  X (Horizontal Axis)

Pour garder le moteur de trembler en haut, en bas, ou de tordre, nous résoudre ces équations ensemble:

I. l’Équilibrage des Forces en $Y$ et $X$ directions

La somme de toutes les forces d’en haut, en bas, et sur les côtés doit correspondre à notre objectif d’équilibre facteur:$$\sum F_y = \left( m_{rec} \cdot r – m_{cb,L} \cdot r_L \cos\alpha_L – m_{cb,R} \cdot r_R \cos\alpha_R \right) \omega^2 \cos\theta + \left( m_{cb,L} \cdot r_L \sin\alpha_L – m_{cb,R} \cdot r_R \sin\alpha_R \right) \omega^2 \sin\theta = (1 – C) \cdot m_{rec} \cdot r \cdot \omega^2 \cos\theta$$$$\sum F_x = \left( m_{cb,L} \cdot r_L \cos\alpha_L + m_{cb,R} \cdot r_R \cos\alpha_R + m_{rot,pin} \cdot r \right) \omega^2 \sin\theta + \left( m_{cb,L} \cdot r_L \sin\alpha_L – m_{cb,R} \cdot r_R \sin\alpha_R \right) \omega^2 \cos\theta = -C \cdot m_{rec} \cdot r \cdot \omega^2 \sin\theta$$

Ces équations doivent travailler à chaque angle de vilebrequin de $\theta$. Cela signifie que nous pouvons simplifier en deux propres règles:$$m_{cb,L} \cdot r_L \cos\alpha_L + m_{cb,R} \cdot r_R \cos\alpha_R = C \cdot m_{rec} \cdot r + m_{rot,pin} \cdot r$$$$m_{cb,L} \cdot r_L \sin\alpha_L – m_{cb,R} \cdot r_R \sin\alpha_R = 0$$

II. L’Équilibrage De Torsion Forces (Des Moments)

Parce que les côtés gauche et droit sont à des distances $a_L$ et $a_R$ à partir du centre, tout décalage force d’essayer de tordre le moteur. Nous gardons le moteur de tourner avec ces équations:$$\sum M_x = \left( m_{cb,L} \cdot r_L \cdot a_L \cos\alpha_L – m_{cb,R} \cdot r_R \cdot a_R \cos\alpha_R \right) \omega^2 \cos\theta = 0$$$$\sum M_y = \left( m_{cb,L} \cdot r_L \cdot a_L \sin\alpha_L + m_{cb,R} \cdot r_R \cdot a_R \sin\alpha_R \right) \omega^2 \sin\theta = 0$$

La résolution de ces nous dit le poids exact ($m_{cb,L}, m_{cb,R}$) et l’angle ($\alpha_L, \alpha_R$) nous avons besoin pour chaque côté.

6. Application pratique à Dowway Véhicule

Au Dowway Véhicule, nous faisons la conception du moteur et le cadre ensemble. Nous façonnons le Premier Ordre de Force d’Inertie de l’Ellipse pour correspondre à la moto de châssis:

Raide Cadres Verticaux (les motos sportives): Ces images sont très raides en haut et en bas, mais avoir un peu de côté-à-côté donner. Nous avons défini l’équilibre facteur de $C \env de 0,60 \text{ pour } 0.65$. Cette squishes le tremblement vertical et se déplace de l’énergie pour les côtés, où les supports de moteur en caoutchouc peuvent l’absorber.
Raide Cadres Horizontaux (Croiseurs): Ces images sont rigides l’avant vers l’arrière. Nous utilisons $C \approx 0.45 \text{ pour } 0.50$ ici. Cela laisse une agréable et bas du pouls (le “battement de cœur” du moteur), mais conserve le vélo de balancement.

7. Prochaines Étapes Et La Partie 2 De L’Aperçu

La manipulation de premier ordre, les forces d’inertie n’est que la première étape d’un moteur lisse. Par la compréhension de la Force d’Inertie de l’Ellipse et des étapes de calcul pour Asymétriques, les Vilebrequins, les ingénieurs peuvent arrêter le début de l’usure du moteur et de faire de la moto se sentir grand pour monter.

Dans la Partie 2, nous allons examiner de près:

De Second Ordre (Secondaire) les Forces d’Inertie causée par l’angle de la bielle.
Axe double Arbre d’Équilibrage configurations.
Vilebrequin de flexion du cylindre de tir à la pression.

Avez des questions sur les facteurs d’équilibre ou moteur de l’équilibrage des formules? Laissez un commentaire ci-dessous ou contactez notre équipe d’ingénierie à Dowway Véhicule.

8. Faq: Le Moteur De Forces D’Inertie Et Équilibrage

Q1: Pourquoi ne peutt on complètement l’équilibre d’un moteur monocylindre juste vilebrequin poids?

A1: Car un seul poids tourne dans un cercle, tandis que le piston se déplace en ligne droite. Un coup de contrepoids peut annuler le déplacement vertical du piston, mais comme il balance sur le côté, il crée un nouveau tremblement horizontal de la même taille. Vous ne finissent par changer la direction de la secouer, de ne pas se débarrasser de lui.

Q2: Pourquoi les ingénieurs utilisent asymétrique vilebrequin webs?

A2: Pour ajustement serré à l’intérieur de moteur de cas, tout en gardant le moteur de tourner. Différents composants sur les côtés gauche et droit de la casse du moteur nécessitent différentes formes. La conception asymétrique de contrepoids permet d’équilibrer les différences de forme, empêchant le moteur de bascule d’un côté à côté.

Q3: la connexion de longueur de tige de changement de premier ordre, les forces d’inertie?

A3: Non, longueur de la tige n’affecte pas la première forces de l’ordre à tous. Premier forces de l’ordre ne dépendent que sur le piston poids ($m_{rec}$), manivelle de l’avc de rayon$r$), et la vitesse du moteur ($\omega$). Longueur de la tige n’affecte second forces de l’ordre, dont nous parlerons dans la Partie 2.

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