單膜片、雙膜片真空助力器的結(jié)構(gòu)和工作原理上課講義

1、2.1真空助力器的結(jié)構(gòu)和工作原理真空助力器是汽車制動系統(tǒng)中的重要部件， 裝在汽車制動踏板推桿和制動主缸之間，利用輔助真空泵產(chǎn)生的真空或者發(fā)動機進氣歧管真空，使真空腔和大氣腔產(chǎn)生壓力差，從而產(chǎn)生伺服力，減輕司機制動時的腳踏力，縮短制動距離。 真空助力器的真空源一般是發(fā)動機的進氣歧管，有一部分是安裝了真空泵作為真 空源。在制動系統(tǒng)中，真空助力器簡圖如圖 2.1所示：iii.譏衛(wèi)器后制動探圖2.1助力器簡圖對于單膜片和雙膜片真空助力器的控制閥部分的工作原理是相同的。控制閥部分的結(jié)構(gòu)如圖2.2 :圖2.2真空助力器控制閥部分的結(jié)構(gòu)簡圖具體的結(jié)構(gòu)工作過程如下：制動的時候，踩下制動踏板。由駕駛員給予的制動

2、踏板上的腳踏力經(jīng)過踏 板杠桿比放大。放大后的力經(jīng)過控制閥推桿。這時，推桿回位彈簧受推桿上力的 作用被壓縮、控制閥推桿推動控制閥活塞（柱塞）向前移動。當(dāng)控制閥橡膠皮碗 與真空閥座相接觸的時候，真空閥關(guān)閉了?？刂崎y推桿上的橡膠皮碗從接觸真空 閥座后，逐漸產(chǎn)生變形。這時候，控制閥的空氣閥口繼續(xù)前移，空氣閥口準備開 啟。隨后，空氣閥口初產(chǎn)生變形。這是真空助力器升壓時所在的平衡位置。此時 控制閥活塞端部是還沒有與反饋盤的主面接觸的。控制閥推桿繼續(xù)向前移動，空氣閥打開。外界的空氣經(jīng)過濾清圈后通過此時打開的大氣閥進入真空助力器的大 氣腔。伺服力即助力，此時產(chǎn)生了。這時，反作用盤的主面即與推桿活塞即將接 觸的

3、反饋盤的作用面還沒有與柱塞活塞的斷面接觸。助力器還沒有能夠到達平衡 狀態(tài)?？諝膺M入大氣腔后，大氣腔的氣壓的到改變，伺服膜片產(chǎn)生伺服力，使得 反作用盤的副面受力。而主面沒有受力，這樣，受力的不同，反饋盤的主面向后 凸起。當(dāng)?shù)竭_副面產(chǎn)生的助力的大小能促使主面凸起的高度到達與活塞推桿的作 用塊接觸時，助力器達到這時的平衡位置了。隨后，隨著輸入力推桿傳遞的輸入力越來越大， 這時的助力成固定比例（助 力比）增加，在特性曲上為一斜率為助力比與助力器效率的乘積的直線。由于大氣氣壓是固定值，當(dāng)達到最大助力點時，即大氣腔的氣壓等于外界的大氣壓強時， 助力將不會發(fā)生改變。這時候的助力器的輸入力與輸出力等比例增加（

4、不考慮真 空助力器的效率）。這時，向后凸起的主面將在柱塞力的擠壓作用下，逐漸減小 向后凸起的高度。當(dāng)輸入力推桿上的力足夠大時，反饋盤的主面到達與副面平衡 的位置。之后，反饋盤的主面甚至開始向反方向凸起。這時候，空氣閥打開的程 度越來越大，助力器的大氣腔（變壓腔）與外界空氣完全相通，取消制動時隨著 輸入力的減小?？刂崎y活塞向后退移動，但是伺服力這個時候還是固定值， 大氣 閥口的間隙越來越小，知道剛好關(guān)閉的位置，并隨之產(chǎn)生變形。但是，這個時候 的位置并不是降壓過程的平衡位置。輸入力接著繼續(xù)減小，真空閥口關(guān)閉。此時， 真空助力器就處在降壓曲線中的平衡點位置。 升壓的平衡位置與降壓的平衡位置 有一個差

5、值。這是由于真空閥與大氣閥的兩個材料的變形引起的。大小是兩個變形值的和。真空閥打開后，助力器的真空腔和大氣腔相通，真空腔的真空度逐漸下降，助力逐漸減小了。此時的活塞體向后移動。在這個降壓的過程當(dāng)中。大氣 閥閥口始終是變形的，但是真空閥沒有變形。到了反饋盤主面作用力為零的時候, 真困難該助力器最后達到了最后的平衡位置。若是這是真空助力器輸入力推桿繼續(xù)向后退，助力器的平衡被打破?；貜?fù)到初始的原始狀態(tài)即非工作狀態(tài)。2.1單膜片真空助力器的結(jié)構(gòu)和工作原理單膜片真空助力器的結(jié)構(gòu)如圖2.3所示:前腔-后殼體助力活塞體主缸頂桿活塞回位彈簧（.）前殼體真空密封圈反饋盤空氣閥體一irI 一后腔, 通道, _-空

6、氣閥口 ._控制閥回位彈簧（卜）鶴害1推桿真空閥口通道后殼密封圈控制閥皮碗-控制閥推桿-控制閥皮碗壓簧r-皮膜膜片襯板鎖片真空管圖2.3 單膜片真空助力器結(jié)構(gòu)真空助力器主要由殼體、膜片、控制閥、活塞體、控制閥推桿、反饋盤等 組成。真空助力器通過后殼體上的螺栓固定在汽車的前圍板上，通過前殼體上的 螺栓與制動主缸連接。膜片把伺服室分隔成前后兩腔，前腔通過真空管與發(fā)動機 的進氣歧管連接。1）非工作狀態(tài)當(dāng)真空助力器處于非工作狀態(tài)時，制動踏板推桿沒有力的作用，控制閥和活 塞體之間的真空閥開啟，柱塞與橡膠皮碗組成的大氣閥關(guān)閉，前后腔通過活塞體 的通道A和真空閥口連通，當(dāng)發(fā)動機工作時，前后腔空氣被抽空，都保

7、持真空狀圖2.4非工作狀態(tài)2）工作狀態(tài)剛才下制動踏板，給輸入力推桿一定的力時，控制閥推桿在力的作用下向前運動，同時，控制閥回位彈簧與控制閥皮碗彈簧被壓縮，在彈簧的作用下，控 制閥閥座向前移動，真空閥口關(guān)閉，這樣，前后兩腔隔絕。繼續(xù)給踏板增加踏板 力，控制閥座與柱塞分離，空氣閥開啟，外界空氣通過濾圈、通道B進入后腔,從而使助力器前后兩腔產(chǎn)生壓力差，該壓力差作用在膜片上。膜片的有效面積產(chǎn) 生伺服力，回位彈簧的作用力和產(chǎn)生的伺服力方向相反，伺服力除了克服回位彈 簧回位力的作用外，其余的力通過反饋盤作用在主缸推桿上， 用于推動主缸活塞 運動。此時，反饋盤內(nèi)圈受到柱塞的擠壓力而變形。圖2.5工作狀態(tài)3

8、）平衡狀態(tài)當(dāng)空氣繼續(xù)進入大氣腔，反饋盤外圈受到活塞體的作用力越來越大，壓力 也越來越大，此時，反饋盤內(nèi)外圈受到的壓力是不一樣的， 空氣通道因此能繼續(xù) 開放，大氣能繼續(xù)進入后腔。空氣的繼續(xù)進入，使得反饋盤內(nèi)外圈受到的壓強差 越來越小，當(dāng)內(nèi)外圈壓強相等的時候，在制動主缸推桿的反作用力的作用下， 柱 塞（空氣閥座）向后（右）移動，直至空氣閥座與控制皮碗接觸壓緊，空氣閥關(guān) 閉，此時，助力器達到平衡狀態(tài)。平衡狀態(tài)時，前后腔隔絕，A通道關(guān)閉。圖2.6平衡狀態(tài)把三個狀態(tài)用一個表格描述，即:大氣閥真空閥真空腔大氣腔反饋盤兩腔關(guān)系非工作狀態(tài)關(guān)閉開啟有真空度有真空度未變形連通工作狀態(tài)開啟關(guān)閉有真空度大氣進入變形量

9、不等未連通平衡狀態(tài)關(guān)閉關(guān)閉有真空度無真空度變形量相等未連通表1單膜片真空助力器三個工作狀態(tài)時的相互關(guān)系2.2雙膜片真空助力器的結(jié)構(gòu)和工作原理雙膜片真空助力器的結(jié)構(gòu)如圖2.7所示：圖2.7雙膜片真空助力器結(jié)構(gòu)1-六角螺母2-彈簧墊圈3-主缸頂面板4-真空口防塵套 5-前殼總成6-前殼密圭寸膠 圈7-前殼密封膠圈骨架 8-前殼彈性擋圈9-前橡膠膜片襯板 10-橡膠膜片11-后橡 膠膜片襯板12-后橡膠膜片13-連接滑套14-后殼總成15-0形密封圈16-0形密封接套固定圈 30- 后腔內(nèi)套盤 31 膜片墊圈 32-O 形密封圈 33- 鎖母 34- 回位彈簧35-主缸頂桿總成 36-前防塵套橡膠閥

10、座色橡膠閥座彈簧 ©彈簧座®控制閥推桿(55壓縮彈簧 ©彈簧座 ©空氣閥座雙膜片真空助力器的部件主要由前殼體、 后殼體、 前后橡膠膜片、 活塞體、 回位彈簧、柱塞、橡膠皮碗、反饋盤、主缸推桿、輸入踏板推桿、中間隔板等組 成。雙膜片真空助力器與單膜片真空助力器兩者的工作原理相似， 都是通過氣壓 差產(chǎn)生力作用。 但是，雙膜片真空助力器比單膜片真空助力器在活塞體上多了導(dǎo) 氣機構(gòu)，多了一塊把氣室分隔成前后兩氣室的中間隔板等。2.3 方案設(shè)計此設(shè)計所采用的方案設(shè)計如圖 2.7 所示。圖 2.8 本方案雙膜片真空助力器結(jié)構(gòu)1. 連接叉 2. 螺母 3. 擋圈 4.

11、防塵罩 5. 后殼氣封 6. 后殼氣封支承圈 7. 后殼氣封擋圈 8. 螺桿 9. 后殼體 10. 后膜片 11. 后膜片襯板 12. 中間隔板 13. 隔板氣封 14. 隔板氣封支承圈 15. 氣封擋圈 16. 前膜片襯板 17. 前膜片 18. 前膜片擋圈 19. 前殼體 20. 前殼加強板 21. 回位彈簧 22. 主缸推桿 23. 推桿螺栓 24. 前殼氣封 25. 前殼氣封支承圈 26. 氣封擋圈 27. 反饋盤 28. 回位彈簧座 29. 真空管 30. 推桿活塞作用塊座 31. 推桿活塞作用塊 32. 推 桿活塞擋圈 33. 推桿活塞 34. 后膜片擋圈 35. 控制閥彈簧 36

12、. 橡膠皮碗37. 橡膠皮碗座 38. 推桿回位彈簧 39. 推桿回位彈簧座 40. 濾清圈 41. 活塞體 42. 消聲圈 43. 輸入力推桿該方案與其他方案不同的地方在于，它沒有用鎖片定位推桿活塞（柱塞） 而是在推桿活塞的末端加一個軸向擋圈， 推桿活塞由軸向擋圈限制其向右的極限 位置。在推桿活塞的末端， 有一塊作用塊。 該作用塊的半徑與推桿活塞的半徑相 等，作用塊由一作用塊座限制其徑向位移。如圖 2.11 所示為該結(jié)構(gòu)的放大圖：2.11 反應(yīng)盤部分的結(jié)構(gòu)圖 由上圖可以看出，沒有工作時，反應(yīng)盤與柱塞作用塊之間有一段間隙，這 段間隙是必須有的，防止作用塊與反應(yīng)盤長時間接觸擠壓，消耗反應(yīng)盤的作用

13、。 這個間隙大約是 1mm。該方案的通氣通道都是在活塞體上實現(xiàn)的，在活塞體中部與中間隔板接觸 的附近有一個大小適宜的孔， 連通著兩個真空腔。 在活塞體的斜角的地方， 有一 個扁形的通道，連接著兩個大氣腔。大氣腔和真空腔的連通是通過真空閥實現(xiàn)的， 這和普通的真空助力器一樣。 助力器的真空源是發(fā)動機， 與發(fā)動機的進氣歧管相 連。雙膜片真空助力器的中間隔板、前后殼體是鉚接的，過盈密封配合，中間隔 板與中間隔板的氣封組件式通過鉚接連接過硬密封的。中間隔板是固定不動的， 可以在活塞體上滑動。下面從三個工作狀態(tài)對工作實現(xiàn)方式進行說明。1） 非工作狀態(tài)圖 2.8 非工作狀態(tài) 雙膜片真空助力器處于非工作狀態(tài)時

14、，即駕駛員沒有踩下制動踏板，輸入 推桿沒有力的作用時， 雙膜片真空助力器的真空閥處于開啟狀態(tài)， 柱塞和橡膠皮 碗組成的大氣閥關(guān)閉， 外界大氣與氣室隔絕。 此時，前真空腔通過通道 A 與后真 空腔相連通，前大氣腔與后大氣腔通過通道 D相連通。而此時，真空腔與大氣腔 通過真空閥和通道C相連通。因此，四個腔此時都是連通的，氣壓一樣，沒有壓 差。當(dāng)發(fā)動機工作時， 由于真空助力器真空閥口與進氣歧管相連， 在發(fā)動機的作 用下，四個腔的空氣被抽走，造成一定真空度。2）工作狀態(tài)圖 2.9 工作狀態(tài)當(dāng)踩下制動踏板，輸入推桿受到了力的作用，輸入推桿推動柱塞軸向向前 移動，橡膠皮碗與真空閥座接觸，真空閥關(guān)閉，前后真

15、空腔與前后大氣腔斷開， 但是前真空腔與后真空腔還是連通的， 前大氣腔和后大氣腔也是連通的。 與此同 時，大氣閥座與橡膠皮碗分離，大氣閥打開，空氣通過大氣閥，再通過通道 C 進入后大氣腔。因為后大氣腔與前大氣腔通過通道 D連通，所以空氣就能進入前 大氣腔，此時，前后大氣腔的壓力逐漸改變。然而由于真空腔的氣壓沒有改變， 這樣，在真空腔與大氣腔之間就產(chǎn)生了氣壓差， 氣壓差通過前后膜片的作用產(chǎn)生 了壓力差， 壓力差作用在活塞體上， 活塞體在這個壓力差的作用下向左移動。 該 壓力差除克服回位彈簧的抗力外， 其余部分通過反作用盤作用在主缸推桿上， 使 主缸推桿獲得力的作用向左軸向運動， 推動主缸活塞移動， 產(chǎn)生油壓差， 產(chǎn)生制 動力。3）平衡狀態(tài)圖 2.10 平衡狀態(tài)當(dāng)空氣繼續(xù)進入大氣腔，反饋盤外圈受到活塞體的作用力越來越大，壓力 也越來越大， 此時，反饋盤內(nèi)外圈受到的壓力是不一樣的， 空氣通道因此能繼續(xù) 開放，大氣能繼續(xù)進入后腔。 空氣的繼續(xù)進入