赛车平衡杆机构的设计研究范文

《机电技术杂志》2014年第二期

1设计方案的讨论与选择

赛车采用的制动布置形式是H型（一轴对一轴）双回路液压制动系统。调节管路压力目前使用比较普遍的是限压阀，但是，限压阀一般适用于质心高度与轴距比值较大的轻型汽车，这种汽车在制动时受到惯性的影响，载荷转移明显。因此，针对F1赛车的特点，本设计利用杠杆原理设计了平衡杆机构作为前后制动力的调节装置。

1.1平衡杆机构的作用为了保证不同的路面情况以及载荷下汽车的制动安全，避免后轮抱死侧滑，很多汽车上都安装了各种形式的压力调节阀来确保前后轮制动力的分配接近理想的情况。本设计中，采用平衡杆的设计来达到此要求。当汽车行驶过程中载荷或者路面附着系数发生变化时，平衡杆主要是通过改变自身的杠杆比来改变前后制动力的分配比以确保最佳的情况，让前后轮能够同时抱死。

1.2平衡杆调节原理如图1所示，假设踏板力为F，则在平衡支杆两端受到的力F1和F2有以下关系。所以，如果能调节支点位置，就可以改变L1、L2的长度比例，从而改变F1、F2的大小比例，达到调节前、后制动管路压力分配的目的。

1.3平衡杆机构设计方案的分析与选择踏板可绕的安装支架转动，两个制动主缸分别利用螺栓安装在支架上，如图2、3所示。平衡杆机构主要由平衡支杆、回位弹簧、球面接触环、螺纹套筒、定位螺母、转杆和定位卡环等部分组成。平衡支杆的两端各加工又一道卡环槽，用于平衡支杆左右的定位。如图4所示，在平衡支杆的左侧加工有一段螺纹，其上将安装螺纹套筒和定位螺母，在螺纹右侧的轴段上装有球面接触环和回位弹簧，回位弹簧一侧安装在弹簧槽中，另一侧与球面接触环接触。而球面接触环的球面部分与踏板的套筒线接触，接触线位置即为支点的位置。调节时，只需调节螺纹的套筒的位置就可以推动球面接触环位置的移动，从而改变支点的位置。由于杠杆两侧的作用力不同，会有一个转矩产生，平衡支杆会发生水平方向上的偏转，支杆两端带动转杆旋转。

2平衡杆机构各零件设计

平衡支杆（见图5）的材料采用45钢，其上加工有螺纹套筒螺纹、回位弹簧的安装槽以及卡环的安装槽。支杆两端卡环槽以内的光轴端用于安装转轴。设计的球面接触环、螺纹套筒和弹簧如图6所示。球面接触环与踏板套筒是线接触，传递来自踏板的作用力，接触线所在的位置即为踏板支点所在位置。接触环的左平面与螺纹套筒的大端面相接触，右平面与弹簧相接触，这样可以确保行车时支点的位置不会左右晃动。弹簧和螺纹套筒同时起了定位作用，而螺纹套筒的另一个更重要的作用就是调节支点位置。定位螺母旋装在螺纹套筒小端的前端位置，可以防止螺纹套筒在行车时发生移动。转杆中部有一个通孔，可以装在平衡支杆的两端，上下对称的开了两个卡环槽，用于加装卡环固定转杆的上下位置，但是转杆可以绕着其轴线自由转动。此外，平衡支杆两端的卡环用于防止平衡支杆左右移动。

3结语

针对新车试制过程中轴荷发生改变、比赛时遇到雨天路面附着系数下降等工况，基于杠杆原理设计了一种平衡杠杆机构调节前、后制动器制动力比例，满足赛车在不同车辆-路面状况下满足前、后轮同时抱死的要求。

作者：王鹭彭育辉单位：福州大学机械工程及自动化学院