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汽車真空助力器工作原理?

VACUUM BOOSTER: 問(wèn) 提問(wèn)者：網(wǎng)友 | 2017-06-13

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在非工作的狀態(tài)下,控制閥推桿回位彈簧將控制閥推桿推到右邊的鎖片鎖定位置, 真空閥口處于開(kāi)啟狀態(tài),控制閥彈簧使控制閥皮碗與空氣閥座緊密接觸,從而關(guān)閉了空氣閥口。此時(shí)助力器的真空氣室和應(yīng)用氣室分別通過(guò)活塞體的真空氣室通道與應(yīng)用氣室通道經(jīng)控制閥腔處相通,并與外界大氣相隔絕。發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后, 發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管處的真空度(發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)壓)將上升至-0.0667MPA(即氣壓值為0.0333MPA，與大氣壓的氣壓差為0.0667MPA)。隨之，助力器的真空、應(yīng)用氣室的真空度均上升至-0.0667MPA，并處于隨時(shí)工作的準(zhǔn)備狀態(tài)。當(dāng)進(jìn)行制動(dòng)時(shí),制動(dòng)踏板被踏下,踏板力經(jīng)杠桿放大后作用在控制閥推桿上。首先, 控制閥推桿回位彈簧被壓縮,控制閥推桿連同空氣閥柱前移。當(dāng)控制閥推桿前移到控制閥皮碗與真空閥座相接觸的位置時(shí),真空閥口關(guān)閉。此時(shí)，助力器的真空、應(yīng)用氣室被隔開(kāi)。此時(shí)，空氣閥柱端部剛好與反作用盤(pán)的表面相接觸。隨著控制閥推桿的繼續(xù)前移,空氣閥口將開(kāi)啟。外界空氣經(jīng)過(guò)濾氣后通過(guò)打開(kāi)的空氣閥口及通往應(yīng)用氣室的通道,進(jìn)入到助力器的應(yīng)用氣室(右氣室),伺服力產(chǎn)生。由于反作用盤(pán)的材質(zhì)(橡膠件)有受力表面各處的單位壓強(qiáng)相等的物理屬性要求，使得伺服力隨著控制閥推桿輸入力的逐漸增加而成固定比例(伺服力比)增長(zhǎng)。由于伺服力資源的有限性,當(dāng)達(dá)到最大伺服力時(shí),即應(yīng)用氣室的真空度為零時(shí)(即一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓),伺服力將成為一個(gè)常量，不再發(fā)生變化。此時(shí)，助力器的輸入力與輸出力將等量增長(zhǎng);取消制動(dòng)時(shí),隨著輸入力的減小，控制閥推桿后移。當(dāng)達(dá)到最大助力點(diǎn)時(shí)，真空閥口開(kāi)啟后,助力器的真空、應(yīng)用氣室相通,應(yīng)用氣室的真空度將下降,伺服力減小,活塞體后移。就這樣隨著輸入力的逐漸減小,伺服力也將成固定比例(伺服力比)的減少,直至制動(dòng)被完全解除。真空助力器的核心尺寸鏈在助力器的設(shè)計(jì)中，核心尺寸鏈的設(shè)計(jì)是保證助力器工作性能的關(guān)鍵，其中最為關(guān)鍵的尺寸配合是空氣閥柱長(zhǎng)度與真空閥座到反饋盤(pán)主面的距離 (對(duì)于雙膜片的助力器來(lái)說(shuō)，是指真空閥口到活塞體凸臺(tái)上端面的距離與軸套同凸臺(tái)相接觸的端面到軸套同反饋盤(pán)表面相接觸的端面距離之和)和控制閥的真空閥口處的形變量之間的配合關(guān)系。在上述的理想狀態(tài)工作過(guò)程的敘述中，我們可以注意到在理想的工作狀態(tài)下的當(dāng)空氣閥口到達(dá)打開(kāi)的瞬間位置時(shí)，空氣閥柱端部應(yīng)剛好與反作用盤(pán)接觸，可以看出在理論上成立的狀態(tài)在現(xiàn)實(shí)中是不可能實(shí)現(xiàn)的。第一，每個(gè)零件的尺寸是有它的尺寸公差帶;第二，大量部件的生產(chǎn)是符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律的，實(shí)際的尺寸區(qū)間是一個(gè)公差帶，而理想的位置只是在公差帶上的一個(gè)點(diǎn)而已。那么，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，是如何處理這個(gè)矛盾的。其核心的尺寸鏈的配合采取的是間隙配合。也就是說(shuō)，當(dāng)空氣閥口打開(kāi)的時(shí)候，空氣閥柱的端部沒(méi)有到達(dá)反作用盤(pán)的接觸面上，存在一定的間隙。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，為取得良好的始動(dòng)力和釋放力等技術(shù)參數(shù)，采用了間隙配合。真空助力器的三個(gè)重要的工作原理目前關(guān)于真空助力器的文獻(xiàn)中，都只是提到了真空助力器的三個(gè)工作狀態(tài)，即應(yīng)用狀態(tài)、維持狀態(tài)、釋放狀態(tài)。并指出在這三種狀態(tài)下，真空閥口和空氣閥口的處于開(kāi)或合的狀態(tài)。除了在上述提到的基本原理以外, 又發(fā)現(xiàn)了在國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)中未曾提及的幾個(gè)重要原理, 即, 三個(gè)平衡位置的原理、平衡位置的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換的原理和反作用盤(pán)的核心作用。真空助力器的閥口的三個(gè)平衡位置的原理汽車真空助力器在工作過(guò)程中存在著三個(gè)平衡位置，在加載時(shí)(或制動(dòng)時(shí))空氣閥口處于若即若離狀態(tài)，此時(shí)控制閥在空氣閥口處無(wú)形變，而真空閥口處于關(guān)閉狀態(tài)，控制閥在真空閥口處有形變;在卸載時(shí)(或取消制動(dòng)時(shí))真空閥口處于若即若離的狀態(tài)，此時(shí)控制閥在真空閥口處無(wú)形變，而空氣閥口處于關(guān)閉狀態(tài)，控制閥在空氣閥口處有形變;當(dāng)制動(dòng)穩(wěn)定在某一時(shí)刻，輸入力不再變化時(shí)(即助力器處于無(wú)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的狀態(tài))，空氣閥口和真空閥口均處關(guān)閉狀態(tài)，控制閥在真空閥口處和空氣閥口處均有形變。這就是助力器在工作狀態(tài)下的三個(gè)平衡位置。真空助力器平衡位置的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換的原理助力器在工作過(guò)程中的平衡位置的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換的原理。這是一個(gè)極容易被忽視的原理，也是在結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到的重要原理。當(dāng)加載結(jié)束的瞬間，助力器將由加載平衡位置向制動(dòng)穩(wěn)定態(tài)平衡位置轉(zhuǎn)換，即控制閥在空氣閥口由無(wú)形變向有形變轉(zhuǎn)換。此時(shí)，空氣閥口的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及加工質(zhì)量是否能夠保證密封性的要求將受到嚴(yán)格的考驗(yàn);當(dāng)卸載開(kāi)始的瞬間，助力器將由制動(dòng)穩(wěn)定態(tài)平衡位置向卸載平衡位置轉(zhuǎn)換，即控制閥在真空閥口由有形變向無(wú)形變轉(zhuǎn)換。此時(shí)，真空閥口的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及加工質(zhì)量是否能夠保證密封性的要求將受到嚴(yán)格的考驗(yàn)。實(shí)際的真空助力器的工作過(guò)程由上述的闡述可以看到，實(shí)際的工作過(guò)程與理想的工作過(guò)程是有所不同的。在核心尺寸鏈為間隙配合的條件下，結(jié)合工作狀態(tài)的三個(gè)平衡位置的理論。真空助力器的實(shí)際的工作過(guò)程是:制動(dòng)時(shí),制動(dòng)踏板被踏下。踏板力經(jīng)過(guò)杠桿的放大后作用在控制閥推桿上。首先,推桿回位彈簧被壓縮,控制閥推桿連同空氣閥柱前移。當(dāng)控制閥推桿前移到控制閥皮碗與真空閥座相接觸的位置時(shí),真空閥口關(guān)閉，控制閥的真空閥口處從剛剛接觸直到產(chǎn)生形變。此時(shí)，真空、應(yīng)用氣室被隔開(kāi),控制閥推桿繼續(xù)前移使得空氣閥口處于即將開(kāi)啟狀態(tài)。此時(shí)，控制閥的空氣閥口處已經(jīng)沒(méi)有形變。此處是助力器升壓時(shí)的平衡位置，此時(shí)空氣閥柱端部還沒(méi)有與反作用盤(pán)的主面相接觸。隨著控制閥推桿的繼續(xù)前移,空氣閥將開(kāi)啟。外界空氣經(jīng)過(guò)濾氣后通過(guò)打開(kāi)的空氣閥口及通過(guò)到應(yīng)用氣室的通道,進(jìn)入到助力器的應(yīng)用氣室(右氣室),伺服力產(chǎn)生。由于反作用盤(pán)的主面沒(méi)有與控制閥的端部接觸，因此，助力器還沒(méi)有達(dá)到平衡。而空氣進(jìn)入到應(yīng)用氣室產(chǎn)生的伺服力使得反作用盤(pán)的副面受力，于是反作用盤(pán)的主面隆起，直到副面上產(chǎn)生的伺服力的大小使得主面隆起的高度達(dá)到與控制閥的端面接觸時(shí)，助力器初始平衡位置建立。然后，隨控制閥推桿輸入力的逐漸增加而伺服力成固定比例(伺服力比)增長(zhǎng)。由于伺服力資源的有限性,當(dāng)達(dá)到最大伺服力時(shí),即應(yīng)用氣室的真空度為零時(shí)(應(yīng)用氣室氣壓為一個(gè)大氣壓),伺服力將不再發(fā)生變化。此時(shí)助力器的輸入力與輸出力將等量增長(zhǎng)，隆起的主面將在控制閥力的作用下，逐漸減小隆起的高度，當(dāng)達(dá)到足夠到的輸入力時(shí)，反作用盤(pán)的主面甚至開(kāi)始下凹，此時(shí)的空氣閥口處打開(kāi)的間隙越來(lái)越大，助力器的應(yīng)用氣室與外界空氣完全相通;取消制動(dòng)時(shí),隨著輸入力的減小，控制閥推桿后移，伺服力仍然是個(gè)固定值，控制閥口開(kāi)啟的間隙越來(lái)越小直到退后到空氣閥口剛好關(guān)閉并隨之產(chǎn)生形變。注意此處的位置并不是降壓過(guò)程的平衡位置。隨著輸入力的繼續(xù)減小,真空閥口將處于即將開(kāi)啟的狀態(tài)，此時(shí)的真空助力器的控制閥才處于降壓過(guò)程中的平衡位置。我們注意到升壓時(shí)的平衡位置與降壓時(shí)的平衡位置存在一個(gè)的差值，這個(gè)差值就是控制閥在真空閥口和空氣閥口處的兩個(gè)形變值的和，即。由于核心尺寸鏈?zhǔn)情g隙配合，此差值使得反作用盤(pán)在助力器降壓過(guò)程中需要更大隆起高度來(lái)實(shí)現(xiàn)平衡。真空閥口開(kāi)啟后,助力器的真空、應(yīng)用氣室相通,應(yīng)用氣室的真空度將下降,伺服力減小,活塞體后移。在連續(xù)的降壓過(guò)程中，控制閥的空氣閥口處始終有形變，而控制閥的真空閥口一直處于無(wú)形變(即若即若離的狀態(tài))。直到反作用盤(pán)的主面作用力接近為零。此時(shí)，助力器達(dá)到了最后的平衡位置。如果控制閥推桿繼續(xù)后退，助力器的平衡被打破，恢復(fù)到初始的狀態(tài)。這就是真空助力器的一次密封檢驗(yàn)(或者說(shuō)，一次常規(guī)的制動(dòng)過(guò)程)中真空助力器工作的詳細(xì)過(guò)程，了解這個(gè)過(guò)程對(duì)于理解真空助力器的特性曲線的各性能參數(shù)的理解是至關(guān)重要的。在第3章的真空助力器的性能參數(shù)的計(jì)算中，就是依據(jù)此過(guò)程來(lái)得到的。而沒(méi)有使用間隙配合的真空助力器的性能參數(shù)的計(jì)算和曲線以及產(chǎn)生的后果將在第4章中作詳細(xì)的討論。應(yīng)該特別注意的兩個(gè)概念是:在一臺(tái)設(shè)計(jì)合理的真空助力器實(shí)際工作過(guò)程中，應(yīng)該存在初始平衡位置和最后平衡位置這兩個(gè)概念。在輸入力-輸出力的特性曲線中,兩個(gè)平衡位置的力學(xué)關(guān)系的體現(xiàn)分別對(duì)應(yīng)的是始動(dòng)力和釋放力處跳躍值變化的過(guò)程。真空助力器兩個(gè)平衡位置的概念初始平衡位置的概念:在升壓過(guò)程中，空氣閥口開(kāi)啟的同時(shí)，空氣閥柱端部未能觸到反作用盤(pán)上，即合理的間隙配合。這樣空氣閥口打開(kāi)，應(yīng)用氣室進(jìn)氣，伺服力產(chǎn)生。于是，反作用盤(pán)的副面受力，反作用盤(pán)發(fā)生形變，主面將隆起，直到隆起的主面與空氣閥端部接觸，才達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的平衡。在此過(guò)程中由于伺服力的增大，使輸出力(或液壓)在輸入力不變的情況下增加。最后平衡位置的概念:在降壓過(guò)程的末期，隨著輸入力的降低，當(dāng)反作用盤(pán)主面的受力幾乎為零時(shí)，助力器的輸出力完全是由伺服力產(chǎn)生的。這個(gè)伺服力同時(shí)又保證著反作用盤(pán)的形變。此時(shí)，如果控制閥推桿繼續(xù)后移，由于制動(dòng)主缸不能產(chǎn)生足夠的抗力與殘留的伺服力相平衡，使反作用盤(pán)不能產(chǎn)生足夠的起補(bǔ)償作用的形變量，以保持助力器的平衡，則助力器將失去平衡狀態(tài)。其后，真空閥口將被打開(kāi)，伺服力被釋放，反作用盤(pán)上的形變消失，助力器恢復(fù)到起始狀態(tài)。由于加載時(shí)和卸載時(shí)的控制閥閥口的平衡位置轉(zhuǎn)變，可以知道，助力器釋放力處的跳躍值應(yīng)該大于始動(dòng)力時(shí)的跳躍值。反作用盤(pán)的核心作用和性能要求在真空助力器的工作過(guò)程中，反作用盤(pán)起著極其重要的作用。真空助力器的工作原理要求，當(dāng)空氣閥口開(kāi)啟的瞬間，空氣閥柱端面要?jiǎng)偤糜|到反作用盤(pán)的主面上。又由于反作用盤(pán)的材質(zhì)有要求受力表面各處壓強(qiáng)相等的特性，使得伺服力隨著控制閥推桿輸入力的逐漸變化而成固定比例(伺服力比)關(guān)系變化。反作用盤(pán)的主面與副面同時(shí)受力，且受力的大小與主面和副面的面積成正比。此時(shí)，助力器的隨動(dòng)性最好，反作用盤(pán)的使用壽命長(zhǎng)。但是，這種理想狀態(tài)在現(xiàn)實(shí)中是很難實(shí)現(xiàn)的。設(shè)計(jì)合理的助力器(間隙配合)的反作用盤(pán)又起到了補(bǔ)償作用。當(dāng)空氣閥口開(kāi)啟的瞬間，空氣閥柱端面沒(méi)能觸到反作用盤(pán)的主面上，它們之間還有一定的間隙。這時(shí)空氣閥口開(kāi)啟，助力器的應(yīng)用氣室進(jìn)氣，產(chǎn)生伺服力，反作用盤(pán)的副面受力，主面將隆起。當(dāng)主面隆起的高度能夠補(bǔ)償了空氣閥柱與反作用盤(pán)主面之間的間隙時(shí)，助力器達(dá)到了平衡狀態(tài)。反之，設(shè)計(jì)不合理助力器當(dāng)空氣閥柱端面觸到反作用盤(pán)主面上時(shí), 空氣閥未能開(kāi)啟,這時(shí)反作用盤(pán)的主面由于受力而凹下，而副面相對(duì)隆起,直到反作用盤(pán)的副面隆起的高度能夠使空氣閥口開(kāi)啟時(shí), 助力器才達(dá)到平衡狀態(tài)。反作用盤(pán)材質(zhì)具有的這種即要求受力表面各處壓強(qiáng)相等又能夠產(chǎn)生形變的材質(zhì)特征是真空助力器工作原理的核心原理之一。因此，對(duì)反作用盤(pán)的性能要求如下:①良好的密封性。反作用盤(pán)的過(guò)盈量要適當(dāng)，過(guò)盈量太小不能保證密封性;過(guò)盈量太大，反作用盤(pán)側(cè)面的摩擦力加大,影響助力器的工作性能。②良好的形變能力。反作用盤(pán)的材質(zhì)和形狀要有利于反作用盤(pán)的形變。: 回答者：網(wǎng)友

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