賽車平衡桿機構的設計研究范文

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《機電技術雜志》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。調節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作為前后制動力的調節裝置。

1.1平衡桿機構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，避免后輪抱死側滑，很多汽車上都安裝了各種形式的壓力調節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發生變化時，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平衡桿調節原理如圖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，如果能調節支點位置，就可以改變L1、L2的長度比例，從而改變F1、F2的大小比例，達到調節前、后制動管路壓力分配的目的。

1.3平衡桿機構設計方案的分析與選擇踏板可繞的安裝支架轉動，兩個制動主缸分別利用螺栓安裝在支架上，如圖2、3所示。平衡桿機構主要由平衡支桿、回位彈簧、球面接觸環、螺紋套筒、定位螺母、轉桿和定位卡環等部分組成。平衡支桿的兩端各加工又一道卡環槽，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，在螺紋右側的軸段上裝有球面接觸環和回位彈簧，回位彈簧一側安裝在彈簧槽中，另一側與球面接觸環接觸。而球面接觸環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。調節時，只需調節螺紋的套筒的位置就可以推動球面接觸環位置的移動，從而改變支點的位置。由于杠桿兩側的作用力不同，會有一個轉矩產生，平衡支桿會發生水平方向上的偏轉，支桿兩端帶動轉桿旋轉。

2平衡桿機構各零件設計

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的安裝槽。支桿兩端卡環槽以內的光軸端用于安裝轉軸。設計的球面接觸環、螺紋套筒和彈簧如圖6所示。球面接觸環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節支點位置。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生移動。轉桿中部有一個通孔，可以裝在平衡支桿的兩端，上下對稱的開了兩個卡環槽，用于加裝卡環固定轉桿的上下位置，但是轉桿可以繞著其軸線自由轉動。此外，平衡支桿兩端的卡環用于防止平衡支桿左右移動。

3結語

針對新車試制過程中軸荷發生改變、比賽時遇到雨天路面附著系數下降等工況，基于杠桿原理設計了一種平衡杠桿機構調節前、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