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Dec 10, 2023

Cómo diseñar y construir un coche eléctrico barato

La mayoría de los go-karts para adultos por menos de $1,000 son basura total. Me propuse arreglar eso.

La mayoría de los go-karts para adultos por menos de $1,000 son basura total. Me propuse arreglar eso.

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Los karts son cosas hermosas. Son miniautos efectivamente simplificados sin restricciones legales molestas. El atractivo es casi universal. En algún momento de nuestras vidas, todos hemos querido conducir uno, comprar uno o incluso construir uno, y yo no soy diferente. La cuestión es que hay una razón por la que tus padres nunca te compraron uno para Navidad: los karts son caros. Esos que no se desmoronarán en una semana, por lo menos.

Los juguetes de alto valor para la gente rica son geniales y todo eso, pero las cosas que la gente normal puede comprar, usar y amar, esos son los artículos que realmente importan. Sin embargo, muchas cosas que se venden a un precio asequible hoy en día son de mala calidad o utilidad, y literalmente se convierten en basura en poco tiempo. En ese sentido, no se puede encontrar un buen go-kart eléctrico (no un accesorio de hoverboard) que acomode cómodamente a un adulto por menos de $ 1,000. Ya sabes, solíamos ser un país. Ahí es donde entra mi nuevo proyecto.

Gastar mil dólares es demasiado para un go-kart eléctrico, entonces, ¿qué tan difícil podría ser fabricar uno por menos? En un momento tranquilo de profunda reflexión, me di cuenta de que soy la persona perfecta para descubrirlo. Tengo los medios para intentarlo, y también soy lo suficientemente tonto como para pensar que realmente puedo lograrlo. A partir del otoño pasado, me propuse diseñar y construir un go-kart para adultos decente que cualquiera pueda ensamblar con herramientas básicas en casa por menos de $ 1,000. E idealmente, lo acercaría a $500.

No digo que esté haciendo nada innovador. Pero tres meses más tarde, lo que descubrí es que sí, es posible construir un go-kart eléctrico casero y divertido con cosas que solo tuve que ensamblar, con todos los gastos por debajo de los mil dólares. Sin embargo, hay ataduras. Se tuvieron que hacer compromisos de diseño. Este primer intento no parece que cueste lo que cueste. Tal vez podría haber sido más barato. Pero en general, el plan funcionó. En esta primera entrega de una serie de dos partes, les mostraré cómo se formó el primer prototipo.

Cuando me puse en marcha, no quería buscar piezas o improvisar algo con lo que tenía por ahí. Encontrar un motor de lavadora que se cayó de la parte trasera de un camión y usar ruedas de un Radio Flyer no era una opción. Desde el principio, quise hacer de mi kart una máquina completamente nueva que cualquier persona con herramientas básicas pudiera ensamblar sin soldar, cortar ni esmerilar. Solo un montón de cosas que ordenaron en línea y bastante paciencia.

La primera gran limitación es el tren motriz. Decidí ir eléctrico. Puede comprar un motor de 6.5 caballos de fuerza de Harbor Freight por alrededor de $ 160, pero agregue todo lo demás necesario para construir un kart adulto competente a su alrededor y sería aproximadamente el mismo precio que un EV (si puede llamar a lo que construí un EV ). Además, los karts de gasolina son ruidosos y desordenados. Los carros eléctricos son más silenciosos, más livianos y se pueden usar en interiores. Dado que busco la máxima disponibilidad y comodidad aquí, tiene sentido optar por la electricidad. Tenga en cuenta que no tengo garaje y construí todo esto en mi apartamento.

Eso va directo a la segunda limitación principal, que es que sin acceso a un medio de producción en masa, hacer un kart eléctrico barato con cuatro ruedas es básicamente imposible. Incluso la producción de lotes pequeños no se aplica aquí; ¿Se supone que un tipo debe pedir materiales para 20 karts y amortizar el costo inicial vendiendo el resto a sus vecinos?

Lo mejor es una configuración de tres ruedas y, sinceramente, al principio no quería creerlo. Mi pensamiento al entrar en esto fue que un kart debe tener cuatro ruedas para ser realmente un kart. Eso es básico, ¿verdad? Pero una configuración de cuatro ruedas genera muchos gastos adicionales cuando tiene que comprar cada pieza por separado. Tendría que encontrar un eje que acomodara un freno para detener el kart, ruedas dentadas para entregar la potencia del motor y las ruedas de mi elección (las más baratas) para mantenerlo todo rodando. Tendría que comprar rodamientos para montar el eje al cuadro. Luego estaba el ejército de cosas pequeñas que acechaban en el fondo, todo el hardware necesario para mantener el eje y las ruedas ubicados donde deberían estar en el tiempo y el espacio. Estas cosas se sumaron de una manera seria.

Para sostener a un adulto, mi eje tendría que tener alrededor de una pulgada de grosor, pero las ruedas baratas no tienen un diámetro interior de 1 pulgada, la mayoría de ellas son de 5/8. Si quería ir con un eje de 5/8, tenía que apoyarlo cerca de sus extremos cerca de las ruedas, o de lo contrario se rompería. Eso significaba que esta parte del kart tendría que tener su propia estructura rígida, lo que aumentaba aún más los costos.

La alternativa a usar ruedas que se deslizan sobre un eje es usar ruedas que se atornillan a cubos que se deslizan sobre un eje, pero son relativamente costosas y las ruedas en sí también lo son. Además de todo eso, la cadena que conecta el motor a las ruedas debe estar tensada correctamente, y el tamaño/paso de la rueda dentada trasera depende en gran medida de lo que viene con el motor que compras, suponiendo que venga con uno. Terminé con algunas opciones viables, pero ninguna de ellas era tan barata como quería.

Otra alternativa aquí es que hay kits del extranjero flotando que ofrecen todo esto a bajo precio. Sin ningún tipo de diagramas detallados sobre cómo montar este tipo de cosas, sin embargo, son efectivamente inútiles. Además, no se pueden contabilizar las piezas rotas o el control de calidad deficiente. Decidí no usarlos por estas razones.

El gran avance para el kart barato iba con tres ruedas. La solución de tres ruedas es realmente algo hermoso: lloré un poco cuando calculé los ahorros. Un verdadero momento eureka. Fue una especie de experiencia religiosa ver cómo todo encajaba.

Lo mejor de una sola rueda trasera es que puede obtenerla como un motor de cubo, lo que significa que el motor está dentro de la rueda. Así como así, el eje, las ruedas dentadas, la cadena e incluso las dos ruedas traseras que habría tenido que comprar por separado desaparecieron. ¡BAM! Las especificaciones eran correctas para empujar a la gente sin ningún tipo de impulso de reducción. El suministro no es un problema; También hay una buena cantidad de buenos motores de cubo para scooters eléctricos a la venta en sitios como eBay, AliExpress y Amazon.

Los realmente atractivos, como el que compré, incluso tienen un freno de tambor integrado (en la parte trasera de la foto de arriba). ¡Qué golpe! Ahora, la única unidad que compré reemplazó efectivamente a media docena de otros componentes principales y una gran cantidad de hardware asociado. No puedo enfatizar lo suficiente lo importante que es la rueda trasera única.

Ahora también es un buen momento para mencionar otro gran asesino aquí que la rueda trasera única resuelve (parcialmente): el envío. Un artículo puede costar $ 8, pero el envío es igual, si no más. Eso mató a tantas soluciones posibles. Claro, las piezas individuales son baratas y eso está muy bien, pero es mejor que esperes que todas esas cosas sean de un almacén y vengan en la misma caja. Si no es así, recibirá una bofetada con los costos de envío y siempre superan los $ 10. Cada. Tiempo.

Cuando estás diseñando algo tan barato, otros $10 son un puñetazo en el estómago. Consideré hacer trampa al agregar una sección al manual de ensamblaje donde un comprador primero debe mudarse a vivir cerca del mayor proveedor de componentes de karts y recogerlos en persona. Mi obsesión por reducir los costos de envío me llevó a considerar opciones menos razonables, como esperar hasta el Black Friday para comprar piezas específicas o suscribirme a la tarjeta de crédito de una compañía en particular.

Al final, sin embargo, pude obtener un motor de buje de 8 pulgadas para un scooter con freno de tambor integrado, rueda, neumático, todo por solo $ 64.98, incluido el envío. Si puede encontrar una solución mejor y más barata, envíeme un correo electrónico. Y antes de que vengas a mi garganta, si intentas construir algo similar, los precios de estos motores han subido desde que compré el mío. Espere pagar al menos $ 90 en estos días. Hay algo llamado... expansión, creo. Podría estar equivocado.

Con el problema del motor solucionado, ahora tenía que descubrir cómo hacer un marco. Tenía que ser lo suficientemente barato para ajustarse a mi presupuesto, lo suficientemente grande para que yo, de 5 pies 11 pulgadas, me sintiera cómodo y lo suficientemente fuerte como para no doblarse bajo mi peso. En algunos momentos oscuros, lector, admito que consideré usar dos por cuatro de Home Depot. Al final, ese fue un puente demasiado lejos.

Sin embargo, la madera era tentadora porque la estructura presentaba algunas demandas clave. Necesitaba un eje delantero rígido, una columna/eje de dirección y una viga rígida de alrededor de cuatro pies de largo para unir el eje delantero a la unidad de transmisión trasera. En teoría, todo esto se podría haber hecho para una canción con partes de madera. Pero, en última instancia, las soluciones biodegradables no serían lo suficientemente fuertes y no podría pedirlas a bajo precio en las longitudes y tamaños correctos. Tampoco quería usar madera; parecía demasiado como una solución de cerebro de hombre de las cavernas. Hay una razón por la que ya no construimos autos con él.

Para el larguero del chasis, la viga central que conecta todo y sostiene al conductor, determiné que la mejor solución era una extrusión de aluminio. Se pueden pedir en longitudes precisas, se roscan en los extremos y también pueden acomodar una gran cantidad de hardware barato como tuercas en T de una manera muy flexible. Sostengo que esta es probablemente la mejor manera de hacer un kart como este y dentro del presupuesto. Los tubos de acero u otras estructuras similares deben cortarse, soldarse, etc. Una extrusión es liviana, rígida y se le pueden unir otros ensamblajes con facilidad, como cáncamos para enrutar un cable de freno.

Eventualmente descubrí que la extrusión particular que elegí (1 por 3 pulgadas) en realidad no es tan rígida en un área clave, pero hablaré de eso más adelante.

Para la solución del eje delantero, conozca a mi principal proveedor individual para este proyecto, una empresa llamada Oshcut. Hace un gran trabajo. Oshcut ofrece muchos servicios, pero su pan y mantequilla es cortar metal con láser y doblarlo en varias formas. Dado que el metal se corta con láser y se dobla sobre un freno, no hay herramientas específicas para ninguna de las partes. Esto significa que podría pedir solo uno de algo y seguiría siendo barato. El eje delantero es una pieza de acero dulce cortado con láser de calibre 10 (0,135 pulgadas) con varias curvas, la mayoría de ellas por rigidez.

La primera imagen de arriba fue mi primer intento con las piezas. El eje delantero no era lo suficientemente fuerte, aunque ahorró aún más dinero al integrar el soporte de la dirección delantera en el eje. Resultó que un solo soporte de dirección no sería adecuado y hubo otros problemas con esa configuración. La segunda imagen muestra la segunda serie de piezas, que crearon una configuración mucho más fuerte, y son las que terminaron en este primer prototipo. Agregué más soporte para los pivotes de dirección, un segundo soporte para el eje de dirección y, en general, reforcé todo.

La mayoría de las otras partes funcionales también son de Oshcut. La solución de montaje del motor se compone de dos placas dobladas idénticas para reducir costos. Los pedales, los nudillos que sujetan las ruedas delanteras, algunos componentes estructurales y el brazo de dirección también son de acero dulce cortado con láser. La mayor parte tiene el mismo grosor, lo que ahorra dinero, aunque algunas piezas son de acero de calibre 12 (0,1 pulgadas) debido a otras limitaciones en el diseño de la pieza.

Pero vayamos al grano aquí. Con todo esto resuelto, podría comenzar a ordenar las piezas y armarlas. Solo quedaba un último problema por resolver, que era la columna de dirección. Tengo que decir que me doy mucho crédito por esta solución.

La columna de dirección ideal es solo un eje enchavetado, ¿verdad? Eje con chaveta de media pulgada, consiga algunos collares para mantenerlo en su lugar, atorníllele un volante y un brazo pitman, todo listo. Como de costumbre, ensamblarlo de esta manera costaría más de lo que quería y requeriría más hardware del que consideré necesario.

Para que este kart sea económico, idealmente solo usaría un tamaño de tuerca o perno. Por lo general, tiene que pedir hardware a granel, por lo que esto le ahorraría dinero. Por supuesto, no es posible usar un solo tamaño o tipo de sujetador para todo. Algunos pernos solo tienen que ser más gruesos o más delgados. Pero quería minimizar la variedad de tamaños tanto como pudiera.

Para hacer esto, terminé comprando una varilla roscada de 2 pies de largo y media pulgada. Las varillas roscadas son, con mucho, la forma más económica de obtener ejes utilizables. Las barras de refuerzo, que normalmente se usan en la construcción, son más baratas pero requieren soldadura. La belleza de la varilla roscada es que puedes fijarla a otras cosas con solo tuercas y todavía gira libremente. Encontré algunas tuercas de montaje con tornillos que podía atornillar a varias partes del kart. La varilla roscada estaba bloqueada lateralmente, pero aún podía girar.

Fijar cosas a la varilla roscada y mantenerlas fijas a la rotación de la varilla fue tan simple como enroscarlas y presionarlas en su lugar con contratuercas. Sí, esto significó que todo el conjunto de la dirección se movió un poco hacia adelante y hacia atrás con giros a la izquierda y a la derecha, pero la dirección es solo un medio giro de bloqueo a bloqueo de todos modos y los enlaces de la dirección usan juntas esféricas en los extremos. No hizo una diferencia práctica.

Otra medida de ahorro de costos en la dirección fue el uso de varillas roscadas precortadas lo más débiles posibles como enlaces de dirección. Son bastante fuertes, pero el ancho del eje delantero se dictó en torno a la longitud más barata, que era de 12 pulgadas. Cuestan solo $0.87 cada uno; sin embargo, el resultado fue que el eje delantero era demasiado ancho para una puerta de tamaño normal cuando todo estaba ensamblado. Cuando vives en un apartamento, eso es un gran problema.

Dejando a un lado las debilidades menores, tenía todo lo que podía trabajar en CAD. Ahora era el momento de apilar los accesorios necesarios. El asiento más barato que pude encontrar era para botes, creo, y costaba $20. Experimenté con algunas alternativas de metal doblado, pero costaban la misma cantidad de dinero y parecían dispositivos de tortura medievales. Del mismo modo, hacer mi propio volante parecía atractivo, pero en última instancia requería más piezas impresas en 3D de lo que pensé que era razonable. Mi kart solo tiene una pieza impresa en 3D y adapta el volante a la varilla roscada que sirve de columna de dirección. Finalmente pedí un volante de Amazon por $23.99.

A partir de ahí tuve que encontrar las ruedas delanteras. Las ruedas más baratas con diferencia provienen de Harbor Freight. No hay alternativas reales a Harbor Freight en este frente. Los que pedí son de 8 pulgadas de diámetro y de caucho sólido, lo cual fue un error. Llegaron a mi puerta en una caja completamente destruida que apestaba a cigarrillos. Tengo dos por $ 23.97, enviados, pero puede ahorrar un poco más simplemente yendo a Harbor Freight y recogiéndolos usted mismo. Se fijan a los nudillos con pernos de tope de 5/8, que forman ejes cortos. Los mismos pernos de tope también se utilizan para los pernos de dirección.

Las cosas finales que había que resolver eran absolutamente vitales, y una de ellas no la hice bien al principio gracias a mi objetivo de mantenerme por debajo del presupuesto. El primero fue la batería; eso fue bastante simple. Conseguí una batería de 36 voltios y 158 vatios-hora de un hoverboard. Me costó $ 45.68 (enviado) y tuve que soldarle algunos conectores nuevos. En general, funciona bien.

Lo que me fastidió fue el controlador de velocidad del motor. No quería pedir un VESC, un controlador de velocidad electrónico programable. Todos cuestan alrededor de $ 100. En cambio, pedí un controlador misterioso que decía que podía hacer el trabajo. ¿Qué, simplemente mentirían? ¡Era $16! Si eso funcionó, podría haber alcanzado mi objetivo de precio ambicioso, que estaba más cerca de $ 500 que de $ 1,000.

Así que ahí estaba yo. Cerca de mi objetivo de costo con todo ensamblado, las cosas se veían bien. Tenga en cuenta que, si esto funciona, podría pedir una sola unidad de este vehículo fabricado a medida por aproximadamente $600. Con más vehículos vendría un mayor ahorro de costos. Estaba, en resumen, justo en la cúspide de la victoria.

Saqué mi vehículo al pasillo de mi complejo de apartamentos después de arrastrarlo por la puerta, conecté la batería, el controlador y el motor, y giré la perilla.

Inmediatamente me decepcionó: el kart hizo algunos ruidos extraños pero no aceleró. Podría mantener una velocidad si fuera empujado o descargado, pero no por mucho tiempo y no sin sonar como si estuviera tratando de derribar los muros de Jericó. El controlador misterioso no funcionó.

Esto es lo que sonaba:

Sin embargo, yo, por supuesto, no me rendí allí. Tuve que morder la bala y comprar un VESC. Estaba seguro de que este controlador era el problema. Tan pronto como eso fuera reemplazado, estaría en un mundo de paraíso para los karts. Pasarían unos días más antes de que apareciera en el correo.

Afortunadamente, no tienes que esperar tanto. Mañana, les mostraré cómo se unió todo.

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