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汽車真空助力器工作原理?

: 問提問者：網(wǎng)友 | 2017-07-02

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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。此時助力器的真空氣室和應(yīng)用氣室分別通過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)動機啟動后, 發(fā)動機的進氣歧管處的真空度(發(fā)動機的負壓)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，并處于隨時工作的準(zhǔn)備狀態(tài)。當(dāng)進行制動時,制動踏板被踏下,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,真空閥口關(guān)閉。此時，助力器的真空、應(yīng)用氣室被隔開。此時，空氣閥柱端部剛好與反作用盤的表面相接觸。隨著控制閥推桿的繼續(xù)前移,空氣閥口將開啟。外界空氣經(jīng)過濾氣后通過打開的空氣閥口及通往應(yīng)用氣室的通道,進入到助力器的應(yīng)用氣室(右氣室),伺服力產(chǎn)生。由于反作用盤的材質(zhì)(橡膠件)有受力表面各處的單位壓強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。由于伺服力資源的有限性,當(dāng)達到最大伺服力時,即應(yīng)用氣室的真空度為零時(即一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓),伺服力將成為一個常量，不再發(fā)生變化。此時，助力器的輸入力與輸出力將等量增長;取消制動時,隨著輸入力的減小，控制閥推桿后移。當(dāng)達到最大助力點時，真空閥口開啟后,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,直至制動被完全解除。真空助力器的核心尺寸鏈在助力器的設(shè)計中，核心尺寸鏈的設(shè)計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度與真空閥座到反饋盤主面的距離 (對于雙膜片的助力器來說，是指真空閥口到活塞體凸臺上端面的距離與軸套同凸臺相接觸的端面到軸套同反饋盤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)空氣閥口到達打開的瞬間位置時，空氣閥柱端部應(yīng)剛好與反作用盤接觸，可以看出在理論上成立的狀態(tài)在現(xiàn)實中是不可能實現(xiàn)的。第一，每個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)計規(guī)律的，實際的尺寸區(qū)間是一個公差帶，而理想的位置只是在公差帶上的一個點而已。那么，在實際設(shè)計中，是如何處理這個矛盾的。其核心的尺寸鏈的配合采取的是間隙配合。也就是說，當(dāng)空氣閥口打開的時候，空氣閥柱的端部沒有到達反作用盤的接觸面上，存在一定的間隙。在實際設(shè)計中，為取得良好的始動力和釋放力等技術(shù)參數(shù)，采用了間隙配合。真空助力器的三個重要的工作原理目前關(guān)于真空助力器的文獻中，都只是提到了真空助力器的三個工作狀態(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)了在國內(nèi)文獻中未曾提及的幾個重要原理, 即, 三個平衡位置的原理、平衡位置的動態(tài)轉(zhuǎn)換的原理和反作用盤的核心作用。真空助力器的閥口的三個平衡位置的原理汽車真空助力器在工作過程中存在著三個平衡位置，在加載時(或制動時)空氣閥口處于若即若離狀態(tài)，此時控制閥在空氣閥口處無形變，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(或取消制動時)真空閥口處于若即若離的狀態(tài)，此時控制閥在真空閥口處無形變，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)制動穩(wěn)定在某一時刻，輸入力不再變化時(即助力器處于無運動趨勢的狀態(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)下的三個平衡位置。真空助力器平衡位置的動態(tài)轉(zhuǎn)換的原理助力器在工作過程中的平衡位置的動態(tài)轉(zhuǎn)換的原理。這是一個極容易被忽視的原理，也是在結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計時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穩(wěn)定態(tài)平衡位置轉(zhuǎn)換，即控制閥在空氣閥口由無形變向有形變轉(zhuǎn)換。此時，空氣閥口的結(jié)構(gòu)設(shè)計及加工質(zhì)量是否能夠保證密封性的要求將受到嚴(yán)格的考驗;當(dāng)卸載開始的瞬間，助力器將由制動穩(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形變轉(zhuǎn)換。此時，真空閥口的結(jié)構(gòu)設(shè)計及加工質(zhì)量是否能夠保證密封性的要求將受到嚴(yán)格的考驗。實際的真空助力器的工作過程由上述的闡述可以看到，實際的工作過程與理想的工作過程是有所不同的。在核心尺寸鏈為間隙配合的條件下，結(jié)合工作狀態(tài)的三個平衡位置的理論。真空助力器的實際的工作過程是:制動時,制動踏板被踏下。踏板力經(jīng)過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,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，真空、應(yīng)用氣室被隔開,控制閥推桿繼續(xù)前移使得空氣閥口處于即將開啟狀態(tài)。此時，控制閥的空氣閥口處已經(jīng)沒有形變。此處是助力器升壓時的平衡位置，此時空氣閥柱端部還沒有與反作用盤的主面相接觸。隨著控制閥推桿的繼續(xù)前移,空氣閥將開啟。外界空氣經(jīng)過濾氣后通過打開的空氣閥口及通過到應(yīng)用氣室的通道,進入到助力器的應(yīng)用氣室(右氣室),伺服力產(chǎn)生。由于反作用盤的主面沒有與控制閥的端部接觸，因此，助力器還沒有達到平衡。而空氣進入到應(yīng)用氣室產(chǎn)生的伺服力使得反作用盤的副面受力，于是反作用盤的主面隆起，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到與控制閥的端面接觸時，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。由于伺服力資源的有限性,當(dāng)達到最大伺服力時,即應(yīng)用氣室的真空度為零時(應(yīng)用氣室氣壓為一個大氣壓),伺服力將不再發(fā)生變化。此時助力器的輸入力與輸出力將等量增長，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)達到足夠到的輸入力時，反作用盤的主面甚至開始下凹，此時的空氣閥口處打開的間隙越來越大，助力器的應(yīng)用氣室與外界空氣完全相通;取消制動時,隨著輸入力的減小，控制閥推桿后移，伺服力仍然是個固定值，控制閥口開啟的間隙越來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啟的狀態(tài)，此時的真空助力器的控制閥才處于降壓過程中的平衡位置。我們注意到升壓時的平衡位置與降壓時的平衡位置存在一個的差值，這個差值就是控制閥在真空閥口和空氣閥口處的兩個形變值的和，即。由于核心尺寸鏈?zhǔn)情g隙配合，此差值使得反作用盤在助力器降壓過程中需要更大隆起高度來實現(xiàn)平衡。真空閥口開啟后,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形變(即若即若離的狀態(tài))。直到反作用盤的主面作用力接近為零。此時，助力器達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(或者說，一次常規(guī)的制動過程)中真空助力器工作的詳細過程，了解這個過程對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)的計算中，就是依據(jù)此過程來得到的。而沒有使用間隙配合的真空助力器的性能參數(shù)的計算和曲線以及產(chǎn)生的后果將在第4章中作詳細的討論。應(yīng)該特別注意的兩個概念是:在一臺設(shè)計合理的真空助力器實際工作過程中，應(yīng)該存在初始平衡位置和最后平衡位置這兩個概念。在輸入力-輸出力的特性曲線中,兩個平衡位置的力學(xué)關(guān)系的體現(xiàn)分別對應(yīng)的是始動力和釋放力處跳躍值變化的過程。真空助力器兩個平衡位置的概念初始平衡位置的概念:在升壓過程中，空氣閥口開啟的同時，空氣閥柱端部未能觸到反作用盤上，即合理的間隙配合。這樣空氣閥口打開，應(yīng)用氣室進氣，伺服力產(chǎn)生。于是，反作用盤的副面受力，反作用盤發(fā)生形變，主面將隆起，直到隆起的主面與空氣閥端部接觸，才達到一個穩(wěn)定的平衡。在此過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:在降壓過程的末期，隨著輸入力的降低，當(dāng)反作用盤主面的受力幾乎為零時，助力器的輸出力完全是由伺服力產(chǎn)生的。這個伺服力同時又保證著反作用盤的形變。此時，如果控制閥推桿繼續(xù)后移，由于制動主缸不能產(chǎn)生足夠的抗力與殘留的伺服力相平衡，使反作用盤不能產(chǎn)生足夠的起補償作用的形變量，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，伺服力被釋放，反作用盤上的形變消失，助力器恢復(fù)到起始狀態(tài)。由于加載時和卸載時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)該大于始動力時的跳躍值。反作用盤的核心作用和性能要求在真空助力器的工作過程中，反作用盤起著極其重要的作用。真空助力器的工作原理要求，當(dāng)空氣閥口開啟的瞬間，空氣閥柱端面要剛好觸到反作用盤的主面上。又由于反作用盤的材質(zhì)有要求受力表面各處壓強相等的特性，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。反作用盤的主面與副面同時受力，且受力的大小與主面和副面的面積成正比。此時，助力器的隨動性最好，反作用盤的使用壽命長。但是，這種理想狀態(tài)在現(xiàn)實中是很難實現(xiàn)的。設(shè)計合理的助力器(間隙配合)的反作用盤又起到了補償作用。當(dāng)空氣閥口開啟的瞬間，空氣閥柱端面沒能觸到反作用盤的主面上，它們之間還有一定的間隙。這時空氣閥口開啟，助力器的應(yīng)用氣室進氣，產(chǎn)生伺服力，反作用盤的副面受力，主面將隆起。當(dāng)主面隆起的高度能夠補償了空氣閥柱與反作用盤主面之間的間隙時: 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