Конструкция рамы

Рама карта не только «несет» водителя и двигатель, не толь­ко соединяет между собой колеса карта и обеспечивает их соот­ветствующее взаимное положение, но и в значительной мере определяет поведение карта на трассе, его управляемость. Поэто­му при проектировании карта надо уделить достаточно внимания выбору рамы, определяя оптимальное решение с учетом усло­вий изготовления и последующей эксплуатации. Единственным разумным решением будет изготовление рамы из стальных труб. Возникает вопрос: плоской должна быть рама или пространствен­ной?

Довольно заманчиво сделать пространственную раму. Несом­ненно, пространственная рама эффектнее плоской и придает карту вид «настоящей» машины. К сожалению, правильную и не слишком сложную пространственную раму можно спроектировать только в том случае, если мы можем добиться ее полной симмет­рии. Однако симметрию исключает расположение сбоку двига­теля, поэтому от идеи сделать пространственную раму придется с сожалением отказаться. Придется также отказаться от любой другой концепции расположения труб рамы, предполагающей вы­сокое положение лонжеронов сзади: из-за этого невозможно низкое расположение двигателя.

Мы уже установили, что удобнее всего подвесить лонжероны под задней осью. При такой схеме необходимо спроек­тировать обоймы подшипников задней оси в виде отдельных де­талей, прикрепляемых к лонжеронам рамы. Благодаря этому зад­нюю ось карта можно быстро снять не разбирая.

Наиболее популярна в наше время рама с гибкой, сильно суженной средней частью. Передняя часть такой рамы симметрична относительно продольной оси до центральной поперечины рамы. Задняя часть несимметричная, она состоит из трех лонжеронов, два из которых являются продолжением средней части рамы, третий, дополнительный — подмоторный лонжерон.

Вполне естественно, если мы планируем серийный выпуск картов, остановиться именно на такой схеме рамы. Только в этом случае окупается изготовление оснастки, без которой невозможно согнуть соответствующим образом трубы и добиться необходи­мой симметрии, что очень важно для обеспечения нормального движения карта. Изготовление такой рамы в любительских усло­виях практически невозможно.

При изготовлений карта в одном экземпляре лучше взять менее сложную конструкцию рамы. В качестве примера можно рекомендовать раму «Поп-карта». Ее концепция полностью противоположна рассмотренной выше. Рама сварена из прямых отрезков труб без использования какой-либо оснастки. Такая конструкция рамы, особенно предназначенной для картов школьно-молодежной или популярной категории, должна быть вполне удовлетворительной.

Можно также спроектировать некую промежуточную кон­струкцию, использующую обе выше рассмотренные концепции. Если мы предусматриваем гибку труб, то надо стараться сделать так, чтобы изгибы были только в одной плоскости. Тогда гибку можно произвести без специальной оснастки.

Можно рекомендовать рассмотреть другие, нетрадиционные схемы рамы. Например, оригинальную конструкцию рамы второ­го карта журнала «Горизонты техники» можно с успехом использовать для карта с двигателем объемом 50 см³.

Выбрав тип рамы, мы можем несколькими штрихами обозна­чить ее положение на нашем чертеже. Точнее мы начертим ее после выбора задней оси, когда можно проверить, правильно ли определено расстояние между концами лонжеронов.

Диаметр труб, которые будут использованы для лонжеронов рамы, зависит от их материала. Обычно для рам используются трубы из стали ЗОХГСА (иногда ЗОХМА) с внешним диамет­ром 30 мм и толщиной стенки 1 мм. Применение материала с худшими характеристиками приведет к увеличению диаметра и толщины стенок труб.

Можно попытаться проанализировать прочность рамы и на основании этого рассчитать необходимые размеры труб. Прове­дение такого анализа потребует больших затрат, особенно если учесть сложность формы рамы. Но главным аргументом против проведения точного расчета являются отсутствие известных наг­рузок на раму карта. Во время движения карта динамические нагрузки значительно превышают статические. Эти нагрузки можно определить только приблизительно, поэтому нет никакого смысла проводить точный расчет на основании столь неточных данных.

При проектировании рамы лучше основываться на опыте, на анализе размеров труб существующих и проверенных конструк­ций рам. Конечно, большую роль может сыграть конструкторское чутье и опыт.

Высказанное выше мнение подкрепляется также тем, что если трубы рам и ломаются, то происходит это в тех местах, в которых была изменена структура, а следовательно, и прочност­ные свойства материала труб. Рамы обычно ломаются вблизи сварных швов. Излом, как правило, усталостного типа, предус­мотреть это обычными расчетами невозможно.

В связи с этим большую роль играет тщательная проработка стыков труб рамы, правильный выбор мест сварки и т. п. Для это­го, в свою очередь, необходимо знать нагрузку на раму. Попро­буем определить распределение нагрузок на раму, хотя бы при­близительно.

Рассмотрим каждый лонжерон как балку, опертую своими концами на переднюю и заднюю оси и нагруженную силой от половины массы водителя Gk/2 и силой от массы двигателя G . Силы эти приложены соответственно к центрам масс Sk и S_s. На концах балки возникают опорные реакции R_P и R/. Принятая система сил вызывает изгибающие моменты, эпюра которых показана на рис. 7.5. Мы видим, что максимальный из­гибающий момент Aid max возникает в точке приложения силы Gk/2. Зная размеры L, т и п, нетрудно определить момент. Как уже говорилось, главная трудность состоит в правильной оценке динамических сил G/, и G_s-

Из этих упрощенных рассуждений следует, что максимальный изгиб рамы находится вблизи центральной поперечины. Значение изгибающего момента быстро уменьшается в направлении от поперечины к переду карта. Уменьшается момент и по направле­нию к задней части карта. На этом участке рама всегда имеет достаточную прочность благодаря дополнительному подмоторному лонжерону, который в наших расчетах не учитывался. Таким образом, наиболее нагруженным местом рамы будет узел, в котором стыкуются правый и подмоторный лонжероны с цент­ральной поперечиной. При проектировании этому узлу надо уделить особое внимание. Стык левого лонжерона с центральной поперечиной нагружен меньше, потому что двигатель распо­ложен справа.

Не следует допускать ухудшения условий работы сильно наг­руженного правого узла вследствие концентраций сварочных напряжений. Надо стараться не ослаблять сварными швами лон­жерон, швы должны быть расположены на достаточно большом расстоянии друг от друга, например, как на раме карта «Рекорд».

Определив форму главных деталей рамы и спроектировав их соединение, можно приступать к конструированию механизмов карта. Остальные, мелкие детали рамы (кронштейны, ручки, опо­ры и т. п.) проектируют по мере необходимости.

При проектировании рамы надо определить углы наклона шкворней поворотных кулаков, т. е. определить положение вту­лок. К сожалению теоретических методов выбора углов нет. Ис­пользуют средние значения этих углов, полученные на основании анализа существующих, испытанных временем конструкций. Но всегда надо учитывать то, что рассчитанные углы окажутся не­подходящими, даже если они были скопированы с отлично заре­комендовавшей себя конструкции. Поведение карта на повороте определяется не только углами, но и упругостью рамы, а также общими размерами карта, поэтому использование аналогичных углов на другом шасси может не дать положительного резуль­тата. Корректировку углов шкворней поворотных кулаков при­дется делать уже во время испытаний карта.

При выполнении чертежей не следует забывать об отбойни­ках. Целесообразно использовать съемные отбойники (в том чис­ле и боковые). Это облегчает их ремонт или замену в случае пов­реждения и не придает раме излишней жесткости.