Home Проектирование Предпосылки
Предпосылки к проектированию PDF Печать E-mail
Индекс материала
Предпосылки к проектированию
Выбор двигателя и шин
Общая конструктивная схема
После предварительной подготовки
Конструкция большинства двигателей
Подбор основных размеров
Нагрузка на оси
Все страницы

Назначение карта

Главное, что надо определить прежде, чем приступить к про­ектированию карта — это его назначение. Потому что подход к проектированию популярного карта с двигателем ограниченной мощности будет совсем иным, чем к проектированию гоночного карта.

Мощ­ность двигателей, применяемых в школьно-молодежной катего­рии, не более 7 кВт, в популярной категории доходит до 11 кВт, а в гоночной категории может превышать 30 кВт. При большей мощности двигателя конструкция должна иметь большую проч­ность, что связано с применением более качественных материа­лов и более совершенной технологии изготовления. Кроме того, значительная мощность двигателя, а местами на трассе даже ее избыток, определяют несколько иную технику управления картом гоночной категории, что также надо принять во внимание при проектировании.

Ничто не мешает использовать гоночный карт после смены двигателя и, при необходимости, шин в популярной и школьно-молодежной категориях.

Однако нельзя использовать шасси карта школьно-молодеж­ной категории в гоночной категории, так как его конструкция слишком слаба для этой цели. Допустима установка на карт школьно-молодежной категории двигателя популярной кате­гории, хотя при этом необходимо проведение некоторых кон­структивных доработок.

Не следует стремиться к созданию универсального карта. Попытки сконструировать такой карт с дешевой и несложной конструкцией популярного карта и высокими требованиями к конструкции гоночного карта предпринимались и успехов не принесли.


Приступая к проектированию карта, надо знать, какой двига­тель будет использован в качестве силовой установки. В школь­но-молодежной категории — это двигатель «Дэмба» объемом 125 см3 с трехступенчатой коробкой передач. Вероятно в тече­ние ближайших лет этот двигатель будет единственным пригод­ным для картов этой категории. Мощность этого двигателя 5,5 кВт, хотя у отдельных экземпляров она может быть выше.

Предпосылка, что проектируемый карт может быть использо­ван в популярной категории, не усложняет работы, потому что в этой категории применяются такие же двигатели, но форсирован­ные для улучшения их характеристик. В этом случае надо только учитывать, что форсированный двигатель будет занимать немно­го больше места на карте.

В гоночной категории разнообразие двигателей больше. В польском картинге применяют двигатели CZ типов 8 и 511, «Ротакс Бомбардир» и двигатели других марок («Ямаха», «Манко», КТМ). Эти двигатели отличаются размерами, массой, а также конструктивными особенностями, влияющими на кон­струкцию карта: способом крепления, расположением ведущей звездочки и карбюратора, положением выпускного канала и т. п. Поэтому приступая к проектированию карта, надо знать тип дви­гателя. На практике предусмотреть это удается не всегда, по­тому что новые типы двигателей обычно появляются в эксплуа­тации чаще, чем происходят изменения в шасси. С этой точки зрения целесообразен поиск и, если это возможно, применение конструкций шасси карта, допускающих установку нескольких типов двигателей при изменении минимального числа деталей. При замене двигателя обычно также заменяют кронштейны двигателя, крепление выпускной системы и арматуру двигателя.

Аналогично обстоит дело с шинами. В школьно-молодежной категории по техническим требованиям должны быть использо­ваны шины польского производства. Есть только два типа шин: картинговые шины «Стомил-Дэмбица» размером 4,00—4 и сельскохозяйственные шины того же размера, которые приме­няют по необходимости.

В популярной категории допустимо использование любых шин. В конструкции такого карта необходимо предусматривать возможность использования «настоящих» картинговых шин, ши­роких, несколько меньшего диаметра (и под больший диаметр обода), чем польские шины. Для применения таких шин конструк­ция карта должна отличаться от конструкции карта школьно-молодежной категории. Поэтому, если карт будет применяться в обеих категориях, надо принимать во внимание более широ­кие шины. Заменить их узкими шинами не сложно. Лучшее сцепление широких шин с поверхностью повышает требования к прочности конструкции карта.

Материалы и технологические возможности

Приступая к проектированию, а впоследствии к изготовлению карта, надо точно знать, какими материалами мы располагаем. Это прежде всего относится к стальным трубам для изготовле­ния рамы, приобрести которые очень трудно.

При проектировании карта, предназначенного для участия в соревнованиях, следует использовать только трубы из известных материалов. Это может быть сталь не самого высокого качества (в этом случае используются трубы большого диаметра), но с известными прочностными свойствами. Выбор материала труб зависит также от количества выпускаемых картов. При серийном производстве требование приобретения труб, предусмотренных проектом, выходит на первый план.

Большое значение имеет правильная оценка качества стали, предназначенной для>изготовления основных узлов карта: задней оси, ступиц поворотных кулаков и передних колес и т. п. Использование стали с неизвестными характеристиками может привести к весьма неприятным последствиям. Это же относится к материалу, предназначенному для рулевых тяг, рулевой ко­лонки и т. п. Важно знать не только прочностные свойства, но и свариваемость применяемой стали. Плохо свариваемая сталь с высоким содержанием углерода имеет ограниченное применение.

В табл. 7.1 приведены прочностные свойства наиболее часто применяемых сталей, т. е. наиболее доступных, максимальная прочность на разрыв Rm, усталостная прочность при знакопере­менной нагрузке ZR0 и основные режимы термообработки различ­ных видов стали.

Рассматривая вопрос приобретения материалов для построй­ки карта, необходимо также учитывать готовые узлы и агрегаты, которые выпускаются специально для картов и имеются в про­даже, а также универсальные детали, которые могут быть исполь­зованы на карте. Обычно можно купить предназначенные спе­циально для картов сиденья, тормозные цилиндры и т. п.; в ка­честве универсальных деталей можно назвать, например, под­шипники качения.

Надо также учитывать технологические возможности изго­товителя, потому что от них в значительной мере зависит принятие соответствующих конструктивных решений. Надо оценить имеющиеся возможности гибки труб, использования сварочного аппарата и слесарного оборудования. Самое главное — это знать, в каком объеме мы сможем пользоваться механической обработкой. Всегда можно сконструировать карт таким образом, чтобы при его изготовлении требовалось как можно меньше меха­нической обработки за счет увеличения объема ручных слесарных работ.

 

 

Важно также выбрать наилучшее конструктивное решение. Понятие «наилучшее» относится, конечно, к имеющимся возмож­ностям изготовления карта и заключает в себе как конструк­цию, так и технологию. Может случиться и так, что прекрасно сконструированный карт будет очень трудно сделать. Выбор наи­лучшего проекта будет заключаться в оценке, что же выгоднее:

достоинства конструкции или несложная технология изготовле­ния. Решение должно быть принято с учетом имеющихся усло­вий и доступности агрегатов и материалов.


Основным условием, которому должна отвечать конструкция карта, является обеспечение правильной посадки водителя. Это важно и для удобства водителя и для обеспечения водителю соответствующих условий для управления картом (рис. 7.1). Поэтому проектирование надо начинать с определения правиль­ного положения водителя, так как проектируя карт без учета удобства водителя и возможностей выполнения им функций уп­равления механизмами, мы поставили бы проблему с ног на го­лову. Серьезнейшей ошибкой было бы сначала сконструировать карт, а потом «втиснуть» в него водителя, что, увы, часто можно видеть на некоторых картах, сконструированных любителями.

 

Рис. 7.1. Правильная посадка на карте облегчает водителю переклю­чение передачи на повороте

Первым условием обеспечения водителю правильного поло­жения является использование удобного сиденья, форма которо­го соответствует росту водителя. К сожалению, форма сиденья от нас обычно не зависит, потому что сиденья выпускаются се­рийно; как правило, фабрично выпускаемые сиденья имеют пра­вильную, удобную для водителей форму.

Конструктору остается правильно установить сиденье на карте, на соответствующем расстоянии от педалей и рулевого колеса, с необходимым наклоном спинки. Свободно вытянутые ноги должны касаться педалей, мышцы ног ни в коем случае не должны быть напряжены. Понятие удобного положения ног субъективно. Од­ни спортсмены предпочитают, чтобы ступни были параллельны, другие разводят носки врозь.

 

Рис. 7.2. В таком положении невозможно нормально управлять картом

Мы не всегда достаточно четко понимаем, какое положение было бы наиболее подходящим для нас. Проверим это на практи­ке, сев на … пол. Опершись спиной на поставленную под углом к стене доску, мы опытным путем можем подобрать удобное для нас отклонение туловища. Аналогично мы можем опре­делить расстояние до ступней ног. Полученная величина будет равна расстоянию от заднего нижнего края сиденья до педалей. Это расстояние является одним из важнейших размеров карта, определяющим его длину. Подобным образом можно определить и некоторые другие размеры. Тем, кто сомневается в необхо­димости уделения такого большого внимания правильной посадке водителя, рекомендуем понаблюдать за спортсменами на сорев­нованиях. Большинство сидит правильно, некоторым мешают оп­ределенные конструктивные недостатки карта, но есть и такие, посадка которых вызывает иронические улыбки даже у случай­ных зрителей. Надо признаться, что высокий спортсмен, усажи­вающийся на маленький карт и укладывающий ноги руками — действительно смешное зрелище (рис. 7.2). Не очень лестно мож­но отозваться и о конструкторе такого карта. Удивление вызы­вает то, что неправильную посадку водителя иногда можно ви­деть на заводских картах, которые сконструированы правильно. В таких случаях, видимо, неправильная посадка водителя является следствием недооценки спортсменом влияния его положения на результаты соревнований.


После предварительной подготовки мы можем приступать к проектированию. Начнем с того, что обозначим место, которое будет занимать водитель. Конечно, не обязательно рисовать са­мого водителя, достаточно отметить ширину сиденья, наклон его спинки и глубину. Надо также разметить предварительно опре­деленные расстояния, в том числе расстояние от сиденья до педалей. На этом этапе проектирования мы еще не определяем положение сиденья водителя в поперечном направлении.

Эскиз карта удобнее всего делать в трех проекциях без соблюдения формальных принципов оформления чертежной до­кументации. Эскизы служат для правильного размещения всех агрегатов карта и для определения их основных размеров и форм. Точно соблюдать правила черчения мы будем уже только при выполнении рабочих чертежей.

Так как карт имеет достаточно большие размеры, эскиз обще­го вида обычно выполняется в масштабе 1:2. Более мелкий мас­штаб не рекомендуется, потому что ухудшается возможность правильной оценки пропорций карта. Эскизы агрегатов карта (например, задней оси, передних колес и т. п.) выполняются в натуральную величину.

Основным фактором, определяющим общую конструктивную схему карта, является расположение двигателя. Мы сразу можем отказаться от размещения двигателя впереди и сзади, за си­деньем водителя. Недостатки подобных конструкций рассматри­вались в п. 6.2.1. Остаются две возможности: установка двигате­ля справа или слева от сиденья водителя. Рассмотрим достоинст­ва и недостатки каждой из этих схем на примере двигателя «Дэм-ба» объемом 125 см3. Начнем со случая расположения двигате­ля слева.

Необходимо стремиться сдвинуть двигатель как можно боль­ше вбок. Одновременно приходится сдвигать двигатель вперед так, чтобы левая, наиболее выступающая назад часть двига­теля оказалась перед левым задним колесом (рис. 7.3). Допол­нительным ограничением на смещение двигателя влево является то, что с левой стороны расположен рычаг переключения ско­ростей, который не должен выступать за контуры карта. Сис­тема переключения передач также получается излишне сложной.

Немалые трудности возникают с размещением выпускной системы. Из-за значительного смещения двигателя вперед не остается места, чтобы направить выпускную трубу сразу вниз, между двигателем и сиденьем водителя. Выпускную трубу пришлось бы расположить перед сиденьем, под ногами водителя или высоко с левой стороны двигателя.

 

Рис. 7.3. Карт с двигателем на левой стороне («Тайфун»/М/)

Чаще всего регулируемой и проверяемой системой двигателя является зажигание. Система зажигания, как правило, распо­лагается с правой стороны двигателя. При установке двигателя слева невозможно добраться к зажиганию, не сняв сиденья водителя.

Если аналогично проанализировать возможность установки двигателя с правой стороны карта, то мы увидим, что такое ре­шение лишено большинства недостатков, характерных для кон­струкции с двигателем, расположенным с левой стороны.


Конструкция большинства двигателей, применяемых в Поль­ше для картов, позволяет, подрезав правую крышку, значительно сместить двигатель назад, ближе к колесу. В результате сме­щения двигателя назад значительно упрощается размещение выпускной системы. Кроме того, при установке двигателя справа облегчается переключение передач, а доступ к зажиганию прак­тически ничем не ограничен.

Бесспорно, что двигатель лучше всего располагать на правой стороне карта перед задней осью.

Если достоинства установки двигателя на правой стороне карта еще не кажутся нам столь очевидными, можно провести следующий эксперимент. С одного из чертежей общего вида скопируем на кальку контуры двигателя в двух проек­циях. Теперь примерим сделанный рисунок к картам, рассмотрен­ным в том же п. 6.6. Оценим достоинства и недостатки уста­новки двигателя в каждом положении.

Теперь можем приступить к прорисовке двигателя на чертеже карта. В этой работе очень полезным может оказаться чертеж контуров двигателя хотя бы в двух проекциях на отдельных лис­тах кальки, выполненный в том же масштабе, что и чертеж карта. Если мы решили расположить двигатель на правой стороне карта перед задней осью, то на виде сверху можно сразу рисо­вать двигатель и правую часть задней оси с правым колесом. Взаимное расположение двигателя и заднего правого колеса до­вольно четко определено и особых возможностей выбора нет. Двигатель относительно колеса надо ставить так, чтобы цепь проходила как можно ближе к шине (но не ближе 5 мм), а сам двигатель был максимально сдвинут назад. Здесь надо учитывать возможность сделать вырез в правой крышке двигателя. Удале­ние цепи от шины приведет к смещению двигателя к середине кар­та и, тем самым, к ограничению места для водителя.

Следующим этапом проектирования будет совмещение черте­жа «двигатель — заднее колесо» с ранее сделанным чертежом, определяющим место водителя. Так как чертеж выполнен на кальке, мы имеем возможность просмотреть разные варианты. Двигатель надо располагать так, чтобы он не ограничивал свободы движений водителя и чтобы одновременно смещение сиденья водителя с продольной оси симметрии карта не превы­шало 50—70 мм. Не следует смещать двигатель слишком далеко вправо, это приведет к увеличению колеи. Для водителя среднего роста колея должна быть около 800 мм (для шин 4,00—4). При такой колее и при смещении сиденья водителя на 60 мм влево от продольной оси карта цилиндр двигателя будет находиться в середине сиденья водителя.

Рассматривая взаимное расположение двигателя и сиденья водителя, необходимо также оставлять место для выпускной системы, особенно для выпускного патрубка, обычно проходяще­го между сиденьем и двигателем. При этом надо оставить место для смещения двигателя вдоль карта, которое необходимо для натяжения приводной цепи.

Когда мы определим окончательное положение двигателя, можно будет нанести его на основной чертеж. Можно также на­чертить правое колесо карта и положение задней оси. Левое зад­нее колесо начертим после выбора колеи, минимум которой бу­дет определен смещением вбок сиденья водителя.


Подбор основных размеров

Предположим, что колея будет 800 мм. Остается проверить, удовлетворяет ли этот размер требованиям норм. Колесная база должна быть в пределах 1010—1270 мм, а колея должна быть не меньше 2/3 базы. Таким образом, колея 800 мм не противоречит тре­бованиям норм.

Теперь надо найти оптимальное соотношение между колеей и колесной базой. На рис. 7.4 показан карт и силы, действующие на него на по­вороте. Внешним колесам приходится преодолевать больший путь, чем внутрен­ним, потому что они катятся по дуге с большим радиусом. Относительная разница этих путей возрастает по мере уменьше­ния радиуса поворота. Если бы оба задних колеса вращались независимо, не было бы никаких трудностей, потому что колеса могли бы вращаться с разной скоростью.

Соединение задних колес карта жесткой осью приводит к тому, что они должны вращаться с одинаковой угловой ско­ростью. Однако внешнее колесо должно проходить путь больше, чем внутреннее колесо. Стало быть, одно колесо должно сколь­зить по поверхности дороги. Длина пути скольжения колеса рав­на разнице путей, которые преодолевают оба задних колеса. Предположим, что скользит только внешнее колесо, а внут­реннее катится без скольжения. На внешнее колесо действует сила трения скольжения Tt, возникающая между шиной и по­верхностью дороги. Чтобы карт поворачивал, необходимы попе­речные силы ТРг и TPwt приложенные к передним колесам и выз­ванные сцеплением шин передних колес с поверхностью доро­ги во время поворота. Значения этих сил зависят, в частности, от соотношения колеи и колесной базы карта.

Условием поворота карта является равенство моментов Т^ = (TPz = TPw) L. Силы трения передних и задних колес для данного карта постоянные, потому что они зависят только от рас­пределения нагрузки. Из этого следует, что управляемость кар­та определяется отношением колеи к колесной базе b/L. Чем больше база, тем легче будет управлять картом.

В соответствии с техническими требованиями отношение b/L должно быть не меньше 2/3. Для улучшения управляемости карта целесообразно стремиться к нижней границе, определен­ной нормами, добиваясь как можно большей колесной базы для данной колеи. Например, при колее 800 мм колесная база соста­вит 1 = 800–3/2=1200. Для данной колеи колесная база боль­ше быть не может.

Эти упрощенные рассуждения справедливы только при дви­жении карта на вираже по инерции. Приложение к задним коле­сам крутящего момента приводит к возникновению силы, компен­сирующей силу Tt, что облегчает вход карта в вираж. Поэтому поворот с небольшим радиусом легче преодолевать «с газом», чтобы толкать заглохший карт на повороте, приходится прик­ладывать очень большую силу.

Не столь значительную, но достаточно важную роль играет просвет карта. Значение просвета надо определить до начала проектирования деталей конструкции. Он должен быть 50—60 мм. Такой просвет позволяет понизить центр масс и одновременно оставляет достаточно много места под поликом для преодоления неровностей трассы и упругих деформаций рамы.


Нагрузка на оси

Если мы определили необходимую колесную базу карта и положение водителя и двигателя, можно оценить распреде­ление нагрузок на оси карта.

Сначала определим положение центра масс карта вместе с водителем. Можно принять, что смещение сиденья (вместе с нагружающей его массой водителя) влево с продольной оси кар­та составляет 50 мм и уравновешивает несимметричное располо­жение двигателя. Двигатель, правда, легче водителя, но он боль­ше удален от оси симметрии. В результате этого предположения получим, что левые и правые колеса карта нагружены примерно одинаково.

Определим приближенно положение центра масс. Центр мас­сы водителя находится на расстоянии 1/3 длины сиденья от его заднего края. Центр массы двигателя расположен в районе зад­ней кромки ребер цилиндра. Центр масс всего карта (рис. 7.5) будет лежать между центрами масс водителя и двигателя, ко­нечно, ближе к центру массы водителя. Более точное определение положения центра масс карта требует больших расчетов и не обя­зательно. Достаточно приблизительной оценки распределения нагрузки на оси карта.

Рис. 7.5. Упрощенная схема нагружения рамы карта

Масса карта равна сумме масс водителя, двигателя и других деталей карта, кроме шин и прочих вращающихся частей ко­лес — они не нагружают ось карта.

Нагрузку на заднюю и переднюю оси карта можно определить по формулам Gt = Ga/L и GP=GG, *. Нагрузка на колесо карта вдвое меньше нагрузки на ось.

 
101DC7CB75F6-2.jpg
3C3693A72A77-2.jpg

Фотогалерея