賽車平衡桿機構(gòu)的設計研究范文

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《機電技術(shù)雜志》2014年第二期

1設計方案的討論與選擇

賽車采用的制動布置形式是H型（一軸對一軸）雙回路液壓制動系統(tǒng)。調(diào)節(jié)管路壓力目前使用比較普遍的是限壓閥，但是，限壓閥一般適用于質(zhì)心高度與軸距比值較大的輕型汽車，這種汽車在制動時受到慣性的影響，載荷轉(zhuǎn)移明顯。因此，針對F1賽車的特點，本設計利用杠桿原理設計了平衡桿機構(gòu)作為前后制動力的調(diào)節(jié)裝置。

1.1平衡桿機構(gòu)的作用為了保證不同的路面情況以及載荷下汽車的制動安全，避免后輪抱死側(cè)滑，很多汽車上都安裝了各種形式的壓力調(diào)節(jié)閥來確保前后輪制動力的分配接近理想的情況。本設計中，采用平衡桿的設計來達到此要求。當汽車行駛過程中載荷或者路面附著系數(shù)發(fā)生變化時，平衡桿主要是通過改變自身的杠桿比來改變前后制動力的分配比以確保最佳的情況，讓前后輪能夠同時抱死。

1.2平衡桿調(diào)節(jié)原理如圖1所示，假設踏板力為F，則在平衡支桿兩端受到的力F1和F2有以下關系。所以，如果能調(diào)節(jié)支點位置，就可以改變L1、L2的長度比例，從而改變F1、F2的大小比例，達到調(diào)節(jié)前、后制動管路壓力分配的目的。

1.3平衡桿機構(gòu)設計方案的分析與選擇踏板可繞的安裝支架轉(zhuǎn)動，兩個制動主缸分別利用螺栓安裝在支架上，如圖2、3所示。平衡桿機構(gòu)主要由平衡支桿、回位彈簧、球面接觸環(huán)、螺紋套筒、定位螺母、轉(zhuǎn)桿和定位卡環(huán)等部分組成。平衡支桿的兩端各加工又一道卡環(huán)槽，用于平衡支桿左右的定位。如圖4所示，在平衡支桿的左側(cè)加工有一段螺紋，其上將安裝螺紋套筒和定位螺母，在螺紋右側(cè)的軸段上裝有球面接觸環(huán)和回位彈簧，回位彈簧一側(cè)安裝在彈簧槽中，另一側(cè)與球面接觸環(huán)接觸。而球面接觸環(huán)的球面部分與踏板的套筒線接觸，接觸線位置即為支點的位置。調(diào)節(jié)時，只需調(diào)節(jié)螺紋的套筒的位置就可以推動球面接觸環(huán)位置的移動，從而改變支點的位置。由于杠桿兩側(cè)的作用力不同，會有一個轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生，平衡支桿會發(fā)生水平方向上的偏轉(zhuǎn)，支桿兩端帶動轉(zhuǎn)桿旋轉(zhuǎn)。

2平衡桿機構(gòu)各零件設計

平衡支桿（見圖5）的材料采用45鋼，其上加工有螺紋套筒螺紋、回位彈簧的安裝槽以及卡環(huán)的安裝槽。支桿兩端卡環(huán)槽以內(nèi)的光軸端用于安裝轉(zhuǎn)軸。設計的球面接觸環(huán)、螺紋套筒和彈簧如圖6所示。球面接觸環(huán)與踏板套筒是線接觸，傳遞來自踏板的作用力，接觸線所在的位置即為踏板支點所在位置。接觸環(huán)的左平面與螺紋套筒的大端面相接觸，右平面與彈簧相接觸，這樣可以確保行車時支點的位置不會左右晃動。彈簧和螺紋套筒同時起了定位作用，而螺紋套筒的另一個更重要的作用就是調(diào)節(jié)支點位置。定位螺母旋裝在螺紋套筒小端的前端位置，可以防止螺紋套筒在行車時發(fā)生移動。轉(zhuǎn)桿中部有一個通孔，可以裝在平衡支桿的兩端，上下對稱的開了兩個卡環(huán)槽，用于加裝卡環(huán)固定轉(zhuǎn)桿的上下位置，但是轉(zhuǎn)桿可以繞著其軸線自由轉(zhuǎn)動。此外，平衡支桿兩端的卡環(huán)用于防止平衡支桿左右移動。

3結(jié)語

針對新車試制過程中軸荷發(fā)生改變、比賽時遇到雨天路面附著系數(shù)下降等工況，基于杠桿原理設計了一種平衡杠桿機構(gòu)調(diào)節(jié)前、后制動器制動力比例，滿足賽車在不同車輛-路面狀況下滿足前、后輪同時抱死的要求。

作者：王鷺彭育輝單位：福州大學機械工程及自動化學院