卡丁車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

郭明鑫 安永東 王鵬 郭秋霞

摘要：本文設(shè)計(jì)了一種用于游樂場(chǎng)游樂項(xiàng)目的卡丁車，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠，操作方便。在確定卡丁車總體設(shè)計(jì)方案后，主要對(duì)卡丁車的底盤結(jié)構(gòu)、制動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

1 前言

目前，國(guó)外的卡丁車技術(shù)發(fā)展教為成熟。國(guó)內(nèi)還處于起步階段，且僅僅是在少量的汽車俱樂部才有，卡丁車結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作靈活輕便，在作為娛樂工具的同時(shí)，也可用作小區(qū)域內(nèi)的物流運(yùn)輸工具，同時(shí)，也可作為學(xué)生學(xué)習(xí)汽車基本構(gòu)造的教學(xué)設(shè)備。本文提出了卡丁車的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)卡丁車的各主要組成進(jìn)行了設(shè)計(jì)，所設(shè)計(jì)的卡丁車采用無級(jí)變速器，操作簡(jiǎn)便，加速更平順，無手動(dòng)換擋的頓挫感，能體現(xiàn)出汽車行駛的基本工況，工作性能穩(wěn)定可靠。

2 底盤框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

卡丁車底盤選型的好壞對(duì)卡丁車性能影響很大。目前，卡丁車選用的底盤主要是二類或三類汽車底盤，也有為某些卡丁車設(shè)計(jì)的專用底盤。汽車底盤的選擇或設(shè)計(jì)專用底盤主要根據(jù)卡丁車的使用條件、性能指標(biāo)、設(shè)備或裝置的外形尺寸、動(dòng)力匹配等來決定。

目前卡丁車設(shè)計(jì)中選用底盤型式最多為二類汽車底盤，即在基本型整車的基礎(chǔ)上去掉貨箱，在改裝設(shè)計(jì)的總布置時(shí)，在沒有貨箱的汽車底盤上，加裝所需的各個(gè)總成系統(tǒng)。采用二類汽車底盤進(jìn)行改裝設(shè)計(jì)工作的重點(diǎn)是整車總體布置設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)時(shí)若嚴(yán)格控制了整車總質(zhì)量、軸載質(zhì)量分配、質(zhì)心高度位置等，則基本上能保持原車型的主要性能，最后還要對(duì)改裝后的整車重新作出性能分析和計(jì)算。

在進(jìn)行底盤框架設(shè)計(jì)時(shí)，考慮質(zhì)量參數(shù)要求外，還要考慮到車輛運(yùn)行安全性，運(yùn)動(dòng)部件空間要求，安裝操作空間，各總成安裝位置。本設(shè)計(jì)中底盤車架采用邊梁式，前輪轉(zhuǎn)向，后輪驅(qū)動(dòng)，前后橋均采用整體式。前軸采用鋼管，最大允許載荷500kg。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.1質(zhì)量參數(shù)的確定

卡丁的質(zhì)量參數(shù)包括汽車的最大總質(zhì)量、最大整備質(zhì)量、裝載質(zhì)量以及軸載質(zhì)量分配。汽車最大總質(zhì)量以及軸間分配，直接影響汽車的各種性能。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該參考原來底盤對(duì)汽車質(zhì)量參數(shù)的要求，合理的加以選取。本設(shè)計(jì)中的車輛的最大總質(zhì)量是100kg，整車整備質(zhì)量是30kg。

在卡丁車的質(zhì)量參數(shù)的確定過程中，有關(guān)參數(shù)選取的時(shí)候一定要遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在規(guī)定的范圍內(nèi)，根據(jù)結(jié)構(gòu)布置得可能性要求，進(jìn)行設(shè)計(jì)的最優(yōu)化的選擇。

2.2車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為保證汽車主車架承受盡可能均衡的載荷，在專用裝置與車架之間多采用副車架過渡。

1、副梁的截面尺寸及形狀

專用車輛副車架的縱梁（副梁）多采用如圖2所示的槽形截面。其截面主要尺寸取決于專用車輛的種類及其所受載荷的大小。根據(jù)所選底盤的主車架縱梁的尺寸選取熱軋槽鋼，基于B面尺寸與主車架縱梁寬度相等的原則選取槽鋼的尺寸為A=200，B=75，C=9.0。

2、副梁的前端形狀及其位置

為了避免由于副梁剛度的突然變化而引起汽車車架縱梁的應(yīng)力集中，副梁前端形式應(yīng)該采用逐步過渡的方式。采用如圖3所示的三種過渡形式。對(duì)于U形前端形狀： ， 。對(duì)于角形前端形狀： ， 。對(duì)于L形前端形狀： ， ， 。

對(duì)于這三種不同形式的副梁前端，在其與車架縱梁相接觸的翼面上都加工有局部斜面，斜面尺寸為： 。

3、副車架與主車架的連接常采用如下幾種形式。

（1）止推連接板 止推連接板上端通過焊接與副車架固定，而下端則利用螺栓與主車架縱梁腹板相連接。止推板的優(yōu)點(diǎn)在于可以承受較大的水平載荷，防止副車架與主車架縱梁產(chǎn)生相對(duì)水平位移。相鄰兩個(gè)推止推連接板之間的距離在500-1000mm范圍內(nèi)。

（2）連接支架 連接支架由相互獨(dú)立的上、下托架組成，上、下托架均通過螺栓分別與副車架和主車架縱梁的腹板相固定，然后再用螺栓將上、下托架相連接.由于上、下托架之間留有間隙，因此連接支架所能承受的水平載荷較小，所以連接支架應(yīng)和止推連接板配合使用。一般布置是在后懸架前支座前用連接支架連接，在后懸架前支座后用止推連接板連接。

（3）U型夾緊螺栓 當(dāng)選用其它連接裝置有困難時(shí)，可采用U型夾緊螺栓。但在車架受扭轉(zhuǎn)載荷最大的范圍內(nèi)不允許采用U型螺栓。當(dāng)采用U型螺栓固定時(shí)，為防止主車架縱梁翼面變形，應(yīng)在其內(nèi)側(cè)襯以木塊，但在消聲器附近，必須使用角鐵等作內(nèi)襯。

使用以上幾種連接時(shí)還得考慮到主車架本本身上的各種副件的安裝，本次設(shè)計(jì)使用前2種連接方式配合使用。

3轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的功用是將轉(zhuǎn)向器輸出的力傳給轉(zhuǎn)向輪，濕氣發(fā)生偏轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向；同時(shí)，還承受并衰減因路面不平而引起的沖擊振動(dòng)，以穩(wěn)定汽車行駛方向，避免轉(zhuǎn)向盤打手。本車的轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖4所示。

汽車在行駛過程中，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)除傳遞轉(zhuǎn)向力外，還承受轉(zhuǎn)向輪由于在不平道路行駛過程中所產(chǎn)生的沖擊和振動(dòng)。為此，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中設(shè)有吸振緩沖裝置，并能自動(dòng)消除磨損后出現(xiàn)的間隙。轉(zhuǎn)向搖臂、主拉桿及轉(zhuǎn)向節(jié)臂其相對(duì)運(yùn)動(dòng)不在一個(gè)平面內(nèi)，為避免發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉，它們之間的連接都采用了球形絞鏈連接。

轉(zhuǎn)向橫拉桿長(zhǎng)度的確定：經(jīng)過力學(xué)分析，轉(zhuǎn)向器與橫拉桿成120 ，節(jié)臂與前軸成60 ，橫拉桿與節(jié)臂為0 ，在通過轉(zhuǎn)向器的布置，得到長(zhǎng)度L=825mm。半徑取R=10mm。

拉桿強(qiáng)度校核，拉桿受到的軸向力：

4 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用的驅(qū)動(dòng)方式為后驅(qū)動(dòng)橋鏈?zhǔn)絺鲃?dòng)機(jī)構(gòu)，連接發(fā)動(dòng)機(jī)而獲取動(dòng)力。在確定驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)主要考慮了一下幾點(diǎn)：一是作業(yè)功能需求，在規(guī)定的載荷范圍內(nèi)，不論載荷大小，要求動(dòng)力傳動(dòng)裝置具有穩(wěn)定的工作轉(zhuǎn)速；二是在工作過程中，運(yùn)行速度應(yīng)能隨工況需求及時(shí)調(diào)整，且調(diào)速范圍大；三是在前進(jìn)過程中能無級(jí)調(diào)速。

內(nèi)燃機(jī)帶動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)的方式，此方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、經(jīng)濟(jì)性好、適用范圍以及操作性能等多方面均具有優(yōu)良的工作性能。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)形式如圖5所示。

5 結(jié)論

本文主要是介紹了一種卡丁車的設(shè)計(jì)與制作方法，在分析和研究具體的設(shè)計(jì)參數(shù)的基礎(chǔ)上，主要提出了底盤、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)等主要總成的設(shè)計(jì)思路，為開發(fā)和研制小型娛樂所用卡丁車提供了設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和制作經(jīng)驗(yàn)。

項(xiàng)目來源：哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目。

（作者單位：哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院機(jī)電與汽車工程學(xué)院）