Введение 3
Глава 1 Анализ конструктивных особенностей малолитражного гоночного автомобиля любительской серии 5
Глава 2 Геометрическое моделирование гоночного карта 9
2.1 Объемная модель гоночного карта 9
2.2 Расчетная модель рамы карта 12
Глава 3 Конструкционная прочность рамы карта любительской серии 19
3.1 Анализ прочности рамы карта любительской серии 19
3.2 Анализ жесткости рамы на кручение 27
Глава 4 Разработка технологической оснастки 32
4.1 Разработка стапеля для изготовления гоночного карта 32
4.2 Анализ технологичности конструкции стапеля 33
4.3 Моделирование конструкционной прочности стапеля 35
Заключение 67
Список используемой литературы 69
Картинг приобретает все большую популярность и как развлечение, и как вид спорта. Во многих городах появляются картодромы, где можно получить дозу адреналина, улучшить свои навыки вождения, снять стресс и весело провести время.
Картинг - это гонки на картах (малолитражных гоночных автомобилях открытого типа, без кузова). Карт может развивать скорость от 60 до 260 кмч, в зависимости от типа и класса. Считается одним из самых массовых видов автомобильного спорта.
Картинг можно поделить на 2 вида.
Спортивный картинг (профессиональный) является основой гоночного вида спорта. Предназначен для подготовленных участников, такие карты оборудованы коробкой переключения передач и более мощным, двухтактным двигателем. Бывает зимний и летный спортивный картинг. Существуют любительские, национальные и международные спортивные классы. Пол участников значения не имеет, все выступают на равных.
Прокатный картинг (хобби картинг, любительский) это хорошее развлечение и вид активного отдыха. Доступен почти любому желающему, поэтому большинство знает, что такое именно прокатный картинг.
Часто гонки у большинства людей ассоциируются с повышенной опасностью, однако, картинг достаточно безопасен, особенно если речь идет о его любительской разновидности. Перед заездами гонщики в обязательном порядке облачаются в специальную экипировку. Для любительского картинга обязательный минимум составляют: шлем, комбинезон и специальный шейный воротник.
В Самарской области очень популярен картинг: существуют более десятка картодромов, картинговых клубов, прокатных центров и команда чемпионов «LADA SPORT». В Тольяттинском государственном университете центр инжиниринга «Формула Студент» является базой для развития таких студенческих проектов как Smart Moto Challenge, Solar Regatta и «Формула Картинг». На базе проекта «Формула Студент» действуют также и школа юного автомоделиста.
Характеристики карта в целом и, в частности, на трассе связаны с множеством факторов, включая: жесткость шасси, материал шин, конструкцию задней оси и типа рулевого управления. Важно отметить, что автомобиль типа «карт» не имеет заднего дифференциала, и поэтому относительное вращение между двумя колесами, необходимое для движения по кривой, сильно зависит от общей жесткости рамы. В этой связи необходимо обратить внимание на жесткость рамы на кручение, которая является фундаментальным параметром, характеризующим различные типы рам. Стоимость изготовления данного элемента существенно влияет на стоимость данного автомобиля для конечного потребителя.
Для изготовления рамных конструкций автомобилей класса «карт» необходима технологическая оснастка, обеспечивающая быструю сборку и обработку деталей и конструкций с высокой точностью и производительностью.
В настоящее время производство рамных конструкций автомобилей класса «карт», осуществляется с применением сварных столов и приварных опор или специальных сварных вращающихся станин.
К любой технологической оснастке можно предъявить общие требования: она должна обеспечивать качество изготовления и сборки, обеспечивать малую трудоемкость, а также невысокую стоимость.
Вышеперечисленные виды технологической оснастки имеют высокую рыночную стоимость и не являются разборными.
Разработка универсальной технологической оснастки позволит изготавливать недорогие и конкурентоспособные автомобили класса «карт» в условиях единичного или мелкосерийного производства.
В работе приведены особенности конструкции малолитражных гоночных автомобилей класса карт. Рассмотрены вопросы прочности несущей конструкции карта. Представлены основные прочностные характеристики материала AISI 1020, который был использован при конструировании рамного каркаса.
Показано, что разработка оптимальной конфигурации несущей системы малолитражного автомобиля, является необходимым шагом для разработки технологической оснастки для последующей сборки элементов этой системы.
Представлена разработанная 3D-модель стандартной компоновки малолитражного гоночного автомобиля любительской серии. В качестве материала рамы карта выбрана Сталь 20, как аналог конструкционной стали AISI 1020.
Проведенный анализ рамы на кручение позволил выявить величину жесткости в 220 Н-м/град, что для малолитражного гоночного автомобиля любительской серии является оптимальной величиной.
Выполнен анализ конструкционной прочности разработанной рамы.
Запас прочности при анализе деформации конструкции от усилий, приложенных вдоль продольной оси автомобиля составил 2 единицы, а от усилий, приложенных вне оси автомобиля - 1,3 единицы. Запас прочности при имитации бокового удара составил также 1,3 единицы. Имитация удара сзади показала более чем четырехкратный запас прочности.
Показано, что применение технологической оснастки, типа стапелей позволяет свести к минимуму появление деформаций и обеспечить окончательную итоговую точность рамы после сварки.
Представлена конструкция универсального сборно-разборного стапеля для сварки малолитражных гоночных автомобилей. Универсальный механизм соединения пластин позволяет варьировать габаритные размеры рам автомобилей класса «карт», собираемых на данной технологической оснастке.
Вес полного комплекта разработанной конструкции стапеля составил 45 кг. В качестве материала пластин выбрана конструкционная углеродистая сталь обыкновенного качества Ст.3.
Представлен результат натурных экспериментов по определению температуры при сваривании труб и деформации элементов труб под действием, возникающих в сварном шве, напряжений. Максимальное значение температуры зафиксировали в размере 505°С. Уменьшение температуры, при охлаждении сварочного шва, происходило по экспоненциальной зависимости. По полученным деформациям определен изгибающий момент, максимальная величина которого составила 490 Н-м.
Проведено конечно-элементное моделирование в программном пакете ANSYS Mechanical при использовании оболочки Ansys Workbench.
Выполнен анализ распределения температур в модуле Steady-State Thermal. Моделирование распределения температуры было проведено пошагово, моделируя реальный процесс сварки. Представлены результаты изменения температуры рамы по шагам с примерами иллюстраций процесса на конечно-элементной модели рамы карта и стапеля.
Выполнен прочностной расчет в модуле Static Structural, где изгибающий моменты были заданы по шагам в корреляции с температурами. Проведен поэтапно анализ деформации стапеля.
Показано, что максимальная деформация стапеля, с толщиной пластин 5 мм и установленной на нем рамой карта при сварке не превышает величины 1,69 мм.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
