Введение 3
Глава 1 Анализ состояния вопроса 5
1.1 Анализ конструктивных особенностей картов 5
1.2 Обзор технических решений 8
Глава 2 Конечно-элементная модель 26
2.1 Компоновка карта 26
2.2 Подготовка расчетной модели 29
Глава 3 Конструкционная прочность рамы карта 36
3.1 Анализ конструкционной прочности рамы карта 36
3.2 Анализ жесткости базовой конструкции рамы 44
Глава 4 Оптимизация рамы карта 49
4.1 Сравнительный анализ жесткости модернизированных рам 49
4.2 Анализ прочности рамы оптимизированной конструкции 57
Заключение 69
Список используемой литературы 70
В общем, картинг представляет собой гонки на картах (малолитражных гоночных автомобилях открытого типа). Как вид спорта картинг известен достаточно давно - многие знаменитые гонщики Формулы 1 начинали свою спортивную карьеру в картинге. Но в последнее время картинг набирает популярность и выходит за границы профессионального спорта. В городах появляются пункты проката картов, строятся небольшие гоночные трассы для любителей активного отдыха.
Сейчас карты начинают разделять на две разновидности: дорогостоящие спортивные машины для профессиональных гонщиков и относительно дешевые, для прокатных клубов картинга. Тем не менее, общие черты у них схожи: в качестве основания машины используется рама, двигатель, сиденье пилота, рулевое управление, тормоза. За счет отсутствия подвески езда на машине довольно жесткая, поэтому для трасс требуется идеальный асфальт. На моделях для развлечения не предусмотрена коробка передач - в качестве педалей только газ и тормоз.
Гоночные модели картов снабжаются двухтактными моторами, в отличие от прокатных картов, которые имеют четырехтактные моторы. При этом самые мощные моторы могут выдавать до 40 лошадиных сил, а это достаточно много, учитывая малый вес карта. В результате по разгонной динамике такая машина может соперничать с настоящими «суперкарами» типа Ferrari или Lamborghini. Поскольку эти карты обладают хорошей устойчивостью, то на виражах возникают просто колоссальные боковые перегрузки.
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», как известно, 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. Этот параметр может быть получен путем экспериментальных испытаний прототипов или численного моделирования виртуальных моделей, в основном выполняемого методом конечных элементов. В настоящее время многие структурные конструктивные решения оставлены на усмотрение отдельного производителя, а не вытекают из глубокого изучения влияния различных структурных элементов на конечное поведение карта на трассе.
С другой стороны, как показывает практика, в настоящее время большинство выпускников высших учебных заведений устраиваются на работу не по полученной ими в процессе обучения специальности. В данный момент в сфере производства продукции работодателям необходимы уже готовые специалисты, имеющие не только теоретические знания, но и обладающие практическими навыками работы.
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. Проект «Формула Студент» - постоянный участник городских и региональных мероприятий, имеющих социальную, образовательную и развлекательную направленность.
В работе планируется рассмотреть особенности конструкции малолитражных гоночных автомобилей класса карт, рассмотреть вопросы прочности несущей конструкции карта.
В работе проведен анализ конструктивных особенностей малолитражных гоночных автомобилей открытого типа класса «карт».
Проведен обзор технических решений, применяемых при конструировании рамы карта. Рассмотрены как вопросы наилучшего расположения труб несущей конструкции, то есть непосредственно самой конфигурации рамы, так и материалов рамы, толщины поперечного сечения элементов рамной конструкции и способов крепления основных узлов карта.
Представлена 3D-модель стандартной компоновки автомобиля класса «карт», а также стержневая модель рамы карта с заданными сечениями трубной конструкции и ее конечно-элементная модель.
Проведенный численный анализ позволил выявить недостатки базовой конструкции. Проведена оптимизация компоновки рамы малолитражного гоночного автомобиля, а также анализ жесткости компоновки трех модификаций рамы.
Выявлено, что наиболее перспективной конструкцией является рама с более широким расположением труб в средней части - 325 мм. Эта конструкция обладает наименьшей массой и при этом имеет самую высокую жесткость - 189,7 Н-м/град.
Проведен анализ конструкционной прочности лучшей модификации рамы. Запас прочности при анализе конструкции нагружением передней балки по оси составил 2,6 единицы, а при нагружении вне оси - 1,7 единицы, что более чем на 60 % выше, чем в базовом варианте конструкции. Запас прочности при имитации бокового удара составил от 2,3 до 3,7 единиц в зависимости от места приложения усилия. При имитации удара сзади запас прочности составил 4,45 единицы.
Доказана эффективность предложенной компоновки рамы с точки зрения оптимальной жесткости и необходимых прочностных характеристик.
