LaitseRallyPargi liikluslinnaku lastesõiduki raami ja jõuülekande arendusprojekt

Arendusprojekti käigus, mille põhjal on antud lõputöö kirjutatud, töötati välja liikluslinnaku lastesõiduki prototüübi raami ja jõuülekande laiendamise üldlahendused, arvestades töö alguses püstitatud nõudeid ja ülesandeid. Projekteerimise ajakulu ja tootmiskulude vähendamiseks kasutati baassõidukina neljarattalist invaliikurit, mille küljest on võimalik kasutada elektrimootorit koos jõuülekandega, rattaid, toiteakusid ja vedrustuse komponente. Lisaks kasutati laste pedaalkardi istet ja rooli ning hobikardi roolisüsteemi komponente. Sõiduki üldkontseptsiooniks valiti lahtise katusega kere, et lihtsustada sõiduki ehitust ja parandada sõitmisel vaatevälja. Sõiduki baasparameetrite valikul arvestati liikluslinnaku sõidutee eripäradega, kuid ka sellega, et juhtide sõiduasend oleks võimalikult universaalne ning ka mugav. Üldlahendus tagab võimaluse kinnitada raamile istme ja roolisüsteemi koostu selliselt, et sõidukit saaks juhtida nii laps kui ka täiskasvanu. Komponentide asetuse ja baasmõõtmete testimiseks ehitati puidust testraam, millega käidi sõiduasendit, rööbet ja teljevahet LaitseRallyPargis koha peal testimas. Ohutuse tagamiseks arvutati sõiduki raskuskeskme kõrguse ja teiste baasparameetrite kaudu välja, kas sõiduk võib ümber paiskuda. Arvutuste tulemusena tekib ümberpaiskumise oht 65 kg ja sellest suurema massiga sõitja puhul. Prototüübi raami konstruktsiooni üldlahenduseks valiti üldlevinud lahenduste seast kombineeritud lahendus, mille puhul raam kasutab redelraami ja ruumilise toruraami lahendusi koos. Raamistik projekteeriti täies ulatuses kolmest erinevast terasest nelikantprofiilist, mõõtmetega 25 x 25 x 1,5; 30 x 20 x 2 ning 50 x 50 x 2. Nelikantprofiili valik tulenes töötlemise ja koostamise lihtsusest, heast paindejäikusest ning materjali hinnast. Raami kogumassiks saavutati 27,21 kg, mis on 37% võrra raskem baassõiduki raamist. Raami lahenduse vastupidavuse hindamiseks tehtud tugevusanalüüside tulemuste põhjal hindab auto raami vastupidavust paindele piisavaks, kuna analüüside tulemusena saadi varutegurid eesmärgiks seatud kolme ligi. Raami väändejäikuse varuteguriks saadi 2,21, seega tuleks raami väändejäikust tõsta. Seeriatootmiseks on autori arvates vajalik teha mõningad muudatused raami konstruktsiooni osas, nt lisatugede tegemine ja materjalikasutuse optimeerimine. Samuti tuleks teha põhjalikum analüüs selle kohta, kas nelikantprofiili kasutamine on ikkagi antud puhul õigustatud. Sõiduki gabariitide suurenemise tõttu modifitseeriti rööpme laiendamiseks jõuülekande koostu. Laiendamiseks pakuti välja erinevaid lahendusi, mille seast otsustati kasutada lahendust, kus olemasoleva veovõlli pikendatakse vahetükiga. Vahetükiks on kaheastmeline võll, mis katab osaliselt baassõiduki veovõlli. Veovõlli pikendus toestatakse kiigeraami pikitalale kinnituva laagripuki abil. Pikenduse fikseerimiseks kasutatakse pingistu ning lisaks ka nelja seadekruvi. Võlli vastupidavuse tagamiseks tehti sellele tugevusanalüüsid, kus analüüsiti võlli pingete jaotumist olukordades, kus võllile mõjub mootori poolt tekitatud väändemoment ning kui sõiduki tagateljele mõjuv mass painutab võlli otsa. Analüüside tulemusena saadi mõlema analüüsi puhul varuteguriks rohkem kui kolm, seega on võllide tugevus analüüsi kohaselt tagatud.

The following graduation thesis LaitseRallyPark Traffic Town Children’s Vehicle Frame and Transmission Development Project is written based on a part of a project that was proposed by LaitseRallyPark. The aim of the project is to develop a prototype of a children’s car that can be used to drive in traffic education town, owned by LaitseRallyPark. There is a demand for such a vehicle since other alternatives offered on the market do not provide realistic driving experience and are lacking durability. The main topic of the thesis is the car frame designing and increasing the track width on the rear axle. The purpose of the thesis is to design a children’s car frame that is durable, easy to fabricate and repair and which ensures the safety of passengers. It is also important that the frame matches the other components of the base vehicle, to ensure the correct driving position of the driver. The second goal is to design a driveshaft extension to increase the vehicle’s track width. The frame is designed using a base vehicle whose components can be used on the designed vehicle. Various alternatives were considered when choosing the general concept of the frame. The final solution uses a combination of a ladder frame and an x-frame chassis. The frame is made of square hollow section steel pipes. A FEA (Finite Element Analysis) analysis has been performed on the frame to find the areas where the stresses are concentrated and to find the magnituides of the deformations. In addition, a torsional stiffness analysis has been performed on the frame. As a result of the analyzes, it was found that the flexural strength of the frame is sufficient. Based on the result of the torsional stiffness analysis, it can be concluded that the frame needs stiffening. For Series production of the frame, improvements must be made, such as attaching additional supports, and optimizing the use of materials. Due to the increase in vehicle dimensions, the transmission assembly was modified to widen the track width. Different options were considered, of which it was decided to use a solution where the existing drive shaft is extended with a shaft extension. The extension is a two-stage shaft that partially covers the drive shaft of the base vehicle. The drive shaft extension is supported by a pillow block bearing attached to the longitudinal beam of the swing arm. To ensure the durability of the shaft, it was subjected to strength analyzes, which analyzed the distribution of shaft stresses in situations where the shaft is subjected to torque generated by the engine and when the mass acting on the rear axle of the vehicle bends the shaft outer end. As a result of the analyzes, a safety factor of more than three was obtained for both analyzes, so according to the analysis the strength of the shafts is guaranteed.