卡丁車結構設計

郭明鑫 安永東 王鵬 郭秋霞

摘要：本文設計了一種用于游樂場游樂項目的卡丁車，其結構簡單，性能可靠，操作方便。在確定卡丁車總體設計方案后，主要對卡丁車的底盤結構、制動系統、轉向系統和驅動系統進行了設計。

1 前言

目前，國外的卡丁車技術發展教為成熟。國內還處于起步階段，且僅僅是在少量的汽車俱樂部才有，卡丁車結構簡單，操作靈活輕便，在作為娛樂工具的同時，也可用作小區域內的物流運輸工具，同時，也可作為學生學習汽車基本構造的教學設備。本文提出了卡丁車的設計方案，并對卡丁車的各主要組成進行了設計，所設計的卡丁車采用無級變速器，操作簡便，加速更平順，無手動換擋的頓挫感，能體現出汽車行駛的基本工況，工作性能穩定可靠。

2 底盤框架結構設計

卡丁車底盤選型的好壞對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計的專用底盤。汽車底盤的選擇或設計專用底盤主要根據卡丁車的使用條件、性能指標、設備或裝置的外形尺寸、動力匹配等來決定。

目前卡丁車設計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上去掉貨箱，在改裝設計的總布置時，在沒有貨箱的汽車底盤上，加裝所需的各個總成系統。采用二類汽車底盤進行改裝設計工作的重點是整車總體布置設計，在設計時若嚴格控制了整車總質量、軸載質量分配、質心高度位置等，則基本上能保持原車型的主要性能，最后還要對改裝后的整車重新作出性能分析和計算。

在進行底盤框架設計時，考慮質量參數要求外，還要考慮到車輛運行安全性，運動部件空間要求，安裝操作空間，各總成安裝位置。本設計中底盤車架采用邊梁式，前輪轉向，后輪驅動，前后橋均采用整體式。前軸采用鋼管，最大允許載荷500kg。結構如圖1所示。

2.1質量參數的確定

卡丁的質量參數包括汽車的最大總質量、最大整備質量、裝載質量以及軸載質量分配。汽車最大總質量以及軸間分配，直接影響汽車的各種性能。設計時應該參考原來底盤對汽車質量參數的要求，合理的加以選取。本設計中的車輛的最大總質量是100kg，整車整備質量是30kg。

在卡丁車的質量參數的確定過程中，有關參數選取的時候一定要遵循相關標準，在規定的范圍內，根據結構布置得可能性要求，進行設計的最優化的選擇。

2.2車架結構設計

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力集中，副梁前端形式應該采用逐步過渡的方式。采用如圖3所示的三種過渡形式。對于U形前端形狀： ， 。對于角形前端形狀： ， 。對于L形前端形狀： ， ， 。

對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。止推板的優點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生相對水平位移。相鄰兩個推止推連接板之間的距離在500-1000mm范圍內。

（2）連接支架 連接支架由相互獨立的上、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 當選用其它連接裝置有困難時，可采用U型夾緊螺栓。但在車架受扭轉載荷最大的范圍內不允許采用U型螺栓。當采用U型螺栓固定時，為防止主車架縱梁翼面變形，應在其內側襯以木塊，但在消聲器附近，必須使用角鐵等作內襯。

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

3轉向傳動機構的設計

轉向傳動機構的功用是將轉向器輸出的力傳給轉向輪，濕氣發生偏轉，實現汽車轉向；同時，還承受并衰減因路面不平而引起的沖擊振動，以穩定汽車行駛方向，避免轉向盤打手。本車的轉向傳動機構如圖4所示。

汽車在行駛過程中，轉向傳動機構除傳遞轉向力外，還承受轉向輪由于在不平道路行駛過程中所產生的沖擊和振動。為此，轉向傳動機構中設有吸振緩沖裝置，并能自動消除磨損后出現的間隙。轉向搖臂、主拉桿及轉向節臂其相對運動不在一個平面內，為避免發生運動干涉，它們之間的連接都采用了球形絞鏈連接。

轉向橫拉桿長度的確定：經過力學分析，轉向器與橫拉桿成120 ，節臂與前軸成60 ，橫拉桿與節臂為0 ，在通過轉向器的布置，得到長度L=825mm。半徑取R=10mm。

拉桿強度校核，拉桿受到的軸向力：

4 驅動系統的設計

本設計采用的驅動方式為后驅動橋鏈式傳動機構，連接發動機而獲取動力。在確定驅動系統時主要考慮了一下幾點：一是作業功能需求，在規定的載荷范圍內，不論載荷大小，要求動力傳動裝置具有穩定的工作轉速；二是在工作過程中，運行速度應能隨工況需求及時調整，且調速范圍大；三是在前進過程中能無級調速。

內燃機帶動機械傳動實現驅動的方式，此方式結構簡單、工作可靠、經濟性好、適用范圍以及操作性能等多方面均具有優良的工作性能。驅動系統形式如圖5所示。

5 結論

本文主要是介紹了一種卡丁車的設計與制作方法，在分析和研究具體的設計參數的基礎上，主要提出了底盤、驅動系統、轉向機構等主要總成的設計思路，為開發和研制小型娛樂所用卡丁車提供了設計基礎和制作經驗。

項目來源：哈爾濱遠東理工學院大學生創新創業訓練計劃項目。

（作者單位：哈爾濱遠東理工學院機電與汽車工程學院）