汽车制动系统真空助力制动总成测试试验台设计

- I - 汽车制动系统真空助力制动总成 测试试验台设计 摘要 真空助力器和制动主缸是现代汽车液压制动系统的重要组成部件。合格的真空助力器和制动主缸是汽车行车安全的保障。各国均制定了标准对其性能进行规定。 本文在分析汽车真空助力器和制动主缸的原理的基础上，研制出一台汽车真空助力器制动 系统 总成 测试 试验台，它能完成中华人民共和国行业标准中规定的全部测试项目和部分企业标准中规定的测试项目。 该试验台的研制成功 将 为真空助力器制动 系统 总成性能的试验、检测提供了手段，通过对密封性、反应时间、释放时间、输入 输出特性等测试数据的分析，能够提高真空助力器、制动主缸的生产质量。 本文 提出了汽车真空助力器制动 系统 总成的综合测试项目采用机电气液一体化的原理方法，研制出了总成综合性能测试系统，详细论述了测试系统各组成部分 ，并对部分结构和组件进行计算 。该系统测试方法合理，功能齐全，测试结果准确可靠。 关键词 真空助力器；制动主缸；结构设计； 测试装置 ； 试验台 - of a a to An s is in on of It in s in of of of to of of to of it of he in - 目录 摘要 . I . 1 章 绪论 . 1 题背景 . 1 车制动系统的历史 . 1 国汽车制动系统现状 . 4 试技术现状 . 6 题目的和意义 . 6 题的意义 . 6 计要解决的问题 . 7 第 2 章 真空助力器特性 . 8 空助力器的工作原理 . 8 述 . 8 空助力器的工作原理 . 9 空助力器在使用过程中的状态 . 9 力器的性能指标 . 11 封性 . 11 应时间和释放时间 . 11 入 输出特性 . 11 章小结 . 13 第 3 章 试验台测试原理设计 . 14 试目标的分析 . 14 计试验台测试原理 . 15 试方法设计 . 15 空助力器测试项目 . 15 动主缸测试项目 . 17 章小结 . 18 第 4 章 测试系统各主要组成部件的选择 . 19 动部件的选择 . 19 动缸的选择 . 19 空发生设备的选择和计算 . 19 空泵的选择 . 19 空罐容积的确定 . 错误 !未定义书签。 - V - 空罐的结构设计 . 错误 !未定义书签。 传感器的选择 . 错误 !未定义书签。 移传感器的选择 . 错误 !未定义书签。 压回路电磁换向阀的选择 . 错误 !未定义书签。 具的选择及校核计算 . 错误 !未定义书签。 紧形式的确定 . 错误 !未定义书签。 具校核计算 . 错误 !未定义书签。 章小结 . 错误 !未定义书签。 结论 . 错误 !未定义书签。 致谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 附录 . 错误 !未定义书签。 - 1 - 第 1章 绪论 题背景 车制动系统的历史 从汽车诞生之日起，人们一方面使汽车跑的更快、更稳当 ;另一方面努力使行驶的汽车能迅速可靠的停下来。 汽车制动最初使用由马拉货车制动器演变而来的外部鼓式制动器，柔性制动带包在汽车后 轮毂 上，踩下制动踏板，制动带收缩，箍紧轮毅，以实现制动。车速为 km/h 时的制动距离为 m。由于存 在着发动机制动的优势 外部鼓式制动器的缺点是 : (1)在坡道上制动时易打滑，会造成车辆失控； (2)制动带和 轮毂 易粘灰尘，磨损严重； (3)制动带使用寿命短，一般使用寿命仅为 50 为克服上述缺点，涨闸式制动器诞生了，其大修里程上升到 1500种制动器结构千变万化，但其基本原理一直沿用至今，演变为当代的鼓式制动器。 盘式制动器早在上个世纪末便诞生了，但在汽车上的广泛使用则是本世纪中期的事，盘式制动器较鼓式制动器有如下优点 : (1)盘式制动器无增势作用，摩擦表面 压力分布均匀，制动盘轴向热膨胀极小，径向膨胀对制动性能根本无影响，因而不存在热衰退，热稳定性好 。 (2)摩擦表面压力分布均匀且受高压作用，易于将水挤出 。 制动盘旋转，在离心力作用下易将水甩出。 (3)由于盘式制动器热稳定性好，故制动间隙小，这就使制动间隙调整问题大为简化，易于实现制动间隙自动调整。 (4)由于制动盘两侧表面均可作为摩擦面，故与鼓式制动器相比，在输出制动力矩相同的条件下，其尺寸、质量均要小的多，有结构紧凑的优势。制动块的更换较鼓式制动器衬片的更换亦要方便的多，加之制动间隙自动调整机构的简化等使盘 式制动器的保养修理简化了。 (5)易于排污。 (6)易于散热。 盘式制动器也有许多缺点，如要用其兼作驻车制动器，则需附加的机- 2 - 构较复杂 ;要防止尘污，就要增加专用装置 ;因无增势作用，故制动管路压力高，对液压系统的密封性要求高等。 空气制动也是一种有效的高速制动方式，当代主要用于赛车上。其作用原理有二 : (1)利用高速时空气阻力大的原理，增大汽车正投影面积的方法 (如使用转动的翼极、降落伞等 )实现高速制动。 (2)增大制动时的轴荷，以增大地面附着力，改善制动性能，利用空气动力学的原理，制动时在汽车上增加向下的空气 作用力，以增大轴荷。制动器的操纵机构，最初为机械式，其最大优点是可靠性较高，故直到现在还用在赛车上，但由于操纵力大，结构复杂，加工、安装量大且难于布局，故诞生了气压制动系统、液压制动系统及汽液混合制动系统等操纵机构。 在本世纪初，汽车制动器仅布置在后轴上，一是担心汽车制动时汽车倾翻，二是为减少设计和加工制造工作 后轴布置制动器就能满足制动要求。随着车速的提高，人们探求前轴安装制动器的可能性，二十年代确认前轴安装制动器有利于提高制动性能，当代制动器的布局方式方得以确认，但制动力分配系数 (前制 动器制动力与前后制动器制动力之和的比值 )较低，随着汽车速度的提高，后轴在制动时侧滑这一不稳定制动工况的危害越来越大，因此制动力分配系数及同步附着系数有不断增大的趋势。 汽车制动时，前轴抱死滑移，虽是稳定工况，但汽车仅能直线行驶，丧失转向能力 ;后轴抱死滑移，是一不稳定工况，车速越高，危害越大。 汽车制动时，车轮拖死滑移，不能充分利用道路潜在的附着性能，制动效能受到影响，为适应高速公路网的不断延伸，汽车工业飞速发展，汽车行驶速度越来越高的现状，汽车制动时后轴不能先于前轮拖死滑移，以防止汽车不稳定工况的发生、在本 世纪 20 年代诞生了制动防抱死 (术，该技术不仅可以提高汽车制动时的同步附着系数，而且可以保证汽车制动时有良好的操纵稳定性。汽车防抱死系统最初是由 1932年发明的，它最早于 1948 年用于飞机制动系统上，随着电子技术的发展和公路运输事业发展的实际需要，防抱死装置的可靠性大大提高，成本大幅度降低，为制动防抱死技术的推广使用创造了良好的时机。目前， 造成本不断降低，在 1990 年美国仅有 2% 5%的轿车和轻型货车装备了 1995 年就己普及到 95%。专家们预测， 到2000 年时，全世界将有 90%以上的汽车装备 由于轿车的日渐普及，人们不但对制动的安全性和稳定性提出了越来越高的要求，而由于汽车驾驶人员组成的多样化也对制动时踏板力提出了更高的要求。以较小的制动踏板力来获取较大的制动减速度，提高制动的安全性和制动效率，是提高轻型汽车制动水平的重要内容之一。减小踏板- 3 - 力的主要方法是依靠制动助力装置。利用汽车发动机进气歧管产生的真空为动力源的各种真空助力 (增压 )器，弥补了人力制动的不足。而机械直动式真空助力器 (简称真空助力器或助力器 )以其制动结构简单，工作可靠，便于 实现双回路控制，在失去真空的情况下，还可以直接制动等特点，越来越引起了人们的关注。日本早在 50 年代就己开始了真空助力器的研究，到 60 年代中期已在轻型汽车上广泛应用。在改革开放的大潮中，我国的汽车工业水平有了极大的提高。在 80 年代初，以引进日本 “五十铃” P 系列轻型汽车为先导开始了真空助力器的研究和应用，主要采用单膜片结构，近年来，制动技术发展的一个方面是追求较小的踏板力，产生 力加速度 )减速度时所需踏板力在 15N 以下 已 极为普遍。因此，在某些需要使用大容量真空助力器，且径向空间又比较窄小的汽车上，双膜片真空助力器得到了应用。 现代的汽车制动系典型结构是真空助力式双回路液压制动系，前轴采用盘式制动器，后轴则采用鼓式制动器，前后管路彼此独立，同时，为了提高制动稳定性，提高附着系数的利用率，安装 抱装置 。 而 是成本较高。后来，凯西 司在一辆实验车上安装了一种电动系统，向完全电路制动的方向迈出了重要的一步。而 也是未来制动控制系统的发展方向。 随着科学技术的发展 及汽车工业的发展，尤其是军用车辆及军用技术的发展，车辆制动有了新的突破，液压制动是继机械制动后的又一重大革新。 率先使用了轿车液压制动器。克莱斯勒的四轮液压制动器于 1924 年问世。通用和福特分别于 1934 年和 1939 年采用了液压制动技术。到 20 世纪 50 年代，液压助力制动器才成为现实。 20 世纪 80 年代后期，随着电子技术的发展，世界汽车技术领域最显著的成就就是防抱制动系统 (实用和推广。 微电子技术、精密加工技术、液压控制技术为一体，是机电一体化的高技术产 品。它的安装大大提高了汽车的主动安全性和操纵性。防抱装置一般包括三部分：传感器、控制器 (电子计算机 )与压力调节器。传感器接受运动参数，如车轮角速度、角加速度、车速等传送给控制装置，控制装置进行计算并与规定的数值进行比较后，给压力调节器发出指令。 1936 年，博世公司申请一项电液控制的 置专利促进了防抱制动系统在汽车上的应用。 1969 年的福特使用了真空助力的 动器； 1971年，克莱斯勒车采用了四轮电子控制的 置。这些早期的 置性能有限，可靠性不够理想，且成本高。 1979 年，默 本茨推出了一种性能可靠、带有独立液压助力器的全数字电子系统控制的 动装置。 1985 年美国开发出带有数字显示微处理器、复合主缸、液压制动助力器、电磁阀及执行器 “ 一体化 ” 的 抱- 4 - 装置。随着大规模集成电路和超大规模集成电路技术的出现，以及电子信息处理技术的高速发展， 成为性能可靠、成本日趋下降的具有广泛应用前景的成熟产品。 1992 年 世界年产量已超过 1000 万辆份，世界汽车 装用率已超过 20%。一些国家和地区 (如欧洲、日本、美国等 )已制定法规，使 为汽车的标准设备。 我国汽车 制动系统现状 现代 汽车制动器的发展起源于原始的机械控制装置，最原始的制动控制只是驾驶员操纵一组简单的机械装置向制动器施加作用力，那时的汽车重量比较小，速度比较低，机械制动已经能够满足汽车制动的需要，但随着汽车自身重量的增加，助力装置对机械制动器来说越来越显得非常重要。从而开始出现了真空助力装置。 1932 年生产重量为 2860 凯迪拉克 四轮采用直径 有制动踏板控制的真空助力装置。 林肯 公司也于 1932年推出 车，该车采用通过四根软索控制真空助力器的鼓式制动器。随着科学技术的发展及汽车工业的发展，尤其是军用车辆及军用技术的发展，车辆制动有了新的突 破，液压制动是继机械制动后的又一重大革新。 率先使用了轿车液压制动器， 克莱斯勒 的四轮液压制动器于 1924 年问世，美国 通用 汽车公司和 福特 汽车公司分别于 1934年和 1939 年采用了液压制动技术。到 20 世纪 50 年代，液压助力制动器才成为现实。经过 80 多年的发展，液压制动技术是如今最成熟、最经济的制动技术，并应用在当前绝大多数乘用车上。 汽车液压制动系统可以分为行车制动、辅助制动、伺服制动等，主要制动部件包括制动踏板机构、真空助力器、制动主缸、制动软管、比例阀、制动器和制动警示灯等。在制动系统，真空助力器、制动主缸和刹车制动器是最为重要的部分，另外，汽车防抱死制 动系统（ 已经成为电子制动的标准配置。 到了今天，虽然关于汽车制动控制的新理论和方法不断被提出，新技术不断被实践。但是在我国， 由于复杂性和经济性的原因，真空助力器配合制动主缸的液压操纵方式仍然是最可靠、最经济的制动方式，也是中低档汽车的主要制动方式。 这种广泛应用的伺服助力式液压制动方式的工作原理如 图 示。 踩下制动踏板之前，隔膜左右气室的压强相等，都等于进气管中的空气压强；当踩下制动踏板以后，隔膜右边的气室与大气相通，此时右气室的压强与大气相同。这就使左右气室产生了压强差。这个压强作 用在隔膜上，就产生了对中心推杆的推力。在真空泵的帮助下，人力作用于制动踏板的力被放大了很多倍。 - 5 - 真空制动器放大后的机械力是由制动主缸转化为液压力的：真空助力泵通过推杆推动主动活塞向左前进，活塞推动主缸里面的液压油，通过液压油把制动力传到制动执行机构的分泵活塞，由于分泵活塞的直径比主泵活塞大，所以制动力又能放大数 倍 。我们从图 以看出，液压主泵有两个独立的液压系统，在主活塞的推动下，从动活塞也能向左移动。主动活塞和从动活塞各负责一组车轮的制动。具体负责哪一组要看制动系统的配管方式，如果是前后独立方式配管， 两液压室就分别负责前轮和后轮。如果是 X 配管方式，那么一个液压室负责左前右后轮，另一个液压室负责右前左后轮。这样设计的目的，就是一但有某个车轮的液压管路漏液，也不会丧失整车的制动能力。 当考虑基本的制动功能量，液压操纵仍然是最可靠、最经济的方法。即使增加了防抱制动 (能后，传统的 “ 油液制动系统 ” 仍然占有优势地位。但是就复杂性和经济性而言，增加的牵引力控制、车辆稳定性控制和一些正在考虑用于 “ 智能汽车 ” 的新技术使基本的制动器显得微不足道。 传统的制动控制系统只做一样事情，即均匀分配油液压力。当制动踏板踏下 时，主缸就将等量的油液送到通往每个制动器的管路，并通过一个比例阀使前后平衡。而 其他一种制动干预系统则按照每个制动器的需要时对油液压力进行调节。 目前，车辆防抱制动控制系统 (发展成为成熟的产品，并在各种车辆上得到了广泛的应用，但是这些产品基本都是基于车轮加、减速门限及参考滑移率方法设计的。方法虽然简单实用，但是其调试比较困难，不同的车辆需要不同的匹配技术，在许多不同的道路上加以验证；从理论上来说，整个控制过程车轮滑移率不是保持在最佳滑移率上，并未达到最佳的制动效果。 图 1空助 力器工作原理示意图 大气 - 6 - 图 1动主缸工作原理示意图 试技术现状 北京工业大学汽车制动测控技术研究所，天津大学机械工程学院以及一些汽车零配件相关单位的工程技术人员对测试检测实验台进行了设计和开发。其中，北京工业大学汽车制动测控技术研究所对制动主缸和真空助力器分别进行设计了测试试验台，对真空助力器和制动主缸进行分别测试，天津大学机械工程学院侧重于对试验台的数据采集和分析系统进行了研究。 307 311准规定的测试项目较多，但是从汽车实际工作状态和参考价值角度考 虑，真空助力器基本性能要求和汽车制动主缸常温性能要求是必须满足也最具参考性的技术指标，各研究单位的实验台检测项目也围绕着真空助力器的基本性能要求和汽车制动主缸的常温性能要求所展开 。 题目的和意义 课题的意义 作为我国常用的汽车制动系统的主要组成部件，真空助力器制动 系统总成的性能优良与否，直接影响到汽车制动性能的好坏。因此，对其进行相关检测显得尤其必要。对于液压制动主缸和真空助力器的技术性能，我国分别制订了汽车液压制动主缸技术条件 311真空助力器技术条件 307为行业标准。标准中规定了制动主缸和真空助力器的性能要求，试验方法和检验规则。 - 7 - 对汽车真空助力器， 真空助力器技术条件 307定了一般要求，基本性能要求，和可靠性要求。而基本性能要求包括密封性、空行程、反应时间、释放时间、输入 输出特性等。对汽车制动主缸，汽车液压制动主缸技术条件 311定了基本要求、性能要求，而性能要求有包括常温性能要求、低温性能要求、高温性能要求。其中常温性能要求主要包括残留阀性能要求、空行程要求、输出功能要求、排量要求、回程时间要求、密 封性能要求、耐压性能要求等。 满足这些技术性能要求的制动部件才是合格产品，对于这些技术要求和性能要求，必须通过专门的仪器进行检测和测试。 计要解决的问题 根据汽车行业标准和汽车配件生产厂家实际需求，确定了以下几个测试项目：对真空助力器的密封性测试、空行程测试、反应时间测试、释放时间测试、输入输出特性测试；对制动主缸的 密封性能测试、耐压性能测试、输出功能（单腔失效）测试。 本次设计所要完成的任务就是，根据确定的测试项目及行业标准中对该项目所规 定的试验方法进行试验台原理设计。并根据所设计测试原理及技术指标要求选定各组成零部件，进行试验台总体设计和结构设计。 在总体设计和结构设计时力争使 经济性、可操作性实现最佳效果。 在设计时 必须保证试验装置的功能齐全性、测试精确性、测试准确性，并力争将试验台经济性、测试稳定性、可操作性实现最佳效果 。 - 8 - 第 2章 真空助力器特性 空助力器的工作原理 概述 装有真空助力器的汽车制动系统如图 2 3542187612345单向阀 678图 2有真空助力器的汽车制动系示意图 真空助力制动器利用发动机进气歧管真空或辅助真空泵产生的真空帮助驾驶员减轻用于制动的力。真空用来驱动助力膜片总成。这种真空助力制动器通常称为助力器。助力膜片总成位于机舱隔热板上的主缸后面。真空助力器装在制动踏板推杆与主缸之间，当进气歧管真空用作助力器的动力时，从进气歧管到膜片组件用软管连接起来。 真空助力器是汽车制动系统的伺服装置，它能减轻踏板力，缩短踏板行程，提高管路压力，有效地补偿人力制动时的不足，使 司机操纵轻便并- 9 - 得到满意的制动效果。按动力源的不同，助力器可分为真空助力器、气压助力器、液压助力器，真空液压串联助力器，在各种型式的助力器中，应用最广的是真空助力器，真空助力器主要用于轿车、轻型车和小型客车上，规格在 6 12 寸之间，一般直接利用发动机的真空作为动力源。为了满足日益严格的排放法规要求，增加的各种净化装置和燃油喷射系统，导致发动机真空度下降，于是人们又大量采用双膜片真空助力器来弥补真空度的不足，利用有限的空间，增大有效助力面积，提高输出力。 空助力器的工作原理 如图 2示真空助力器的特性主要 由膜片阀体总成 7、控制阀总成 1及反力盘 6 的性质决定。膜片将两腔压差转化为机械推力，带动阀体在助力器内浮动，膜片的有效直径就是助力器的规格尺寸。阀体即膜片毂，支承膜片，并与控制阀总成中的橡胶阀门 6 构成真空阀口 A，沟通膜片前后两腔。 在控制阀总成中，控制阀杆 2 的外端与踏板相连，另一端与控制活塞5 铰在一起，橡胶阀门与控制活塞构成空气阀口 B。当踏板处于放松位置时，在阀门回位弹簧 3 的作用下，阀口 A 常开，阀口 B 常闭，真空在真空腔和大气腔内建立，助力器不起作用。 踩下制动踏板，控制阀杆带动控制活塞向左移动，橡胶阀门在阀门 弹簧 10 的作用下，关闭阀口 A，再打开阀口 B，空气经阀口 B 进入大气腔，在两腔间产生压差，推动阀体左移，达到真空助力的目的。 制动过程中，反力盘完全承受助力器的推力和主缸反力。反力盘由橡胶制成，受力后产生变形与控制活塞接触。当反力盘与控制活塞相互作用达到平衡时，阀口 A、 B 同时关闭，助力器处于平衡状态。另外，管路中的任何压力变化均通过反力盘反馈到制动踏板，司机由此得到柔和舒适的脚感，然后合理调节踏板力直到满意为止。 当踏板力大到一定程度后，阀口 B 全开，此时两腔压差最大，有效助力达到最大值。继续增大的踏板力直接作用 于主缸，不再按助力比放大。 放松踏板，控制阀杆的作用力降为零，使控制活塞失去平衡向右移动，关闭阀口 B，打开阀口 A，大气腔的空气被真空腔吸入，两腔压差重新变为零。阀体在回位弹簧 8 的作用下回到初始位置，制动解除。 真空助力器在使用过程中的状态 前后两腔接通都处于真空状态，这时既无力的输入，也无力的输出，膜片回位弹簧将膜片推到助力器的最右端紧靠右壳体。 - 10 - 当从控制阀推杆 2 输入大于控制阀推杆回位弹簧 3 的反力的推力时，推动控制活塞 5 向前移动，此时橡胶阀门 6 受橡胶阀座及压力差的作 用下，真空通道被关闭，前后腔被隔开，随着控制阀推杆继续前进，控制活塞离开橡胶阀座，外界大气经控制阀腔和通道 B 充入助力器右腔，这样后腔气室的真空度下降，膜片两侧形成压力差，由该压力差所产生的作用力，除一部分用来平衡弹簧 8 的作用力外，其余大部分经控制活塞作用在反力盘 6 的外圈，反力盘的作用与液压油的作用类似，当其内圈受到控制阀座推力，外界大气进入后腔时，由于反力盘左面受到的压力相等而右面内外两圈受到的压力不相等，使得反力盘产生变形，内圈右侧形成一个馒头样的小凸起，空气通道因此能继续开启，随着外界大气不断进入后腔，反力盘承受的压力越来越大，小凸起也越来越大，于是该凸起开始顶着控制阀座向右移动，最后进气通道被关闭，助力器进入平衡状态。 空气阀座输入力越大，反力盘承受的压力也越大，达到平衡状态所需的真空助力也越大，进入后腔的空气也越多，待后腔的气压等于外界的大气压力时，助力达到最大值，即输入力增加多少，输出力随之增加多少，助力器失去放大作用。 9 8 7 6 5 4 3 2101125 67总成 8910图 2空助力器工作原理图 - 11 - 4回复状态 当真空阀输入力减少时，反力盘的变形得到一点回复，空气阀座向右移动，空气通道关闭，真空通道打开。后腔的部分空气经通道 A 被抽走，待反力盘内外圈压强相等后，空气阀座向前移动，真空通道关闭，助力器达到新的平衡。若空气阀座输入力减小到零，后腔的空气全部经真空通道进入真空源，前后腔都处于真空状态，助力器回复到不工作状态。 此时踏板力通过控制阀推杆，空气阀座，反力盘，主缸顶杆，克服膜片弹簧反力，传递给制动主缸活 塞，在制动主缸建立起汽车制动所需的油压。 助力器的性能指标 密封性 密封性是真空助力器的基本性能。它分为非工作状态密封、最大助力点以下密封和最大助力点以上密封三项测试。非工作状态密封是真空助力器在规定的真空度下，并在规定的时间内测量真空助力器的真空泄露 ;最大助力点以下密封和最大助力点以上密封两项测试均是在真空助力器达到一定的行程后，在输入力推杆上施加一个规定的负荷，切断真空源并在规定的时间里测量真空的泄露。 反应时间和释放时间 反应时间和释放时间是检测真空助力器的工作灵敏性。反应时间这一灵敏性要求主要 考核真空助力器的入力推杆在一定速度、一定位移、一定负荷条件下动作的灵敏性。释放时间是体现真空助力器在解除工作状态时入力推杆的复位速度，也是防止制动系统出现解除制动时的滞后现象的重要性能指标。 输入 输出特性 输入 输出特性是评价汽车真空助力器基本性能的主要指标，它反映了在汽车制动过程中脚踏力和制动力之间的关系。理想的输入 输出特性曲线如图 2示，横坐标为输入力，纵坐标为输出力。 a 始动力是当制动真空助力器产生输出力时的最小输入力的值。影响该值的主要因素是助力器结构中的阀门弹簧和推杆回动弹 簧。检测该值的目的是 :保证助力器在进入工作状态是有一个门限。如果该值过小，则稍有输入力时，助力器就有输出，司机将失去明显的脚感，同时也是为了避免由- 12 - 于踏板的重量、振动、或司机的误动作，而产生误制动，这也是为了保证助力器的控制推杆能可靠迅速的回位而要求的。如果该值过大，则踏板力将增加，降低助力器的灵敏度和延长反应时间。一般该值的要求为 本章小结 本章对真空助力器的工作原理及其性能指标作了介绍，为测试系统的测试原理设计作了准备。 - 14 - 第 3章 试验台 测试原理设计 试目标的分析 设计试验台主要技术 指标 如 表 3 表 3试验台技术指标 真空调节范围 0 95空测量精度 液压测量范围 0 20压测量精度 气压调节范围 0 压测量精度 测量范围 0 20000N 力测量精度 位移测量范围 0 50间测量精度 1 据采集精度 1 源 220V、 50件测试时间 4验中 需要测试项目如 表 3 表 3试验台测试项目 真空助力器测试项目 制动主缸测试项目 密封性测试 密封性测试 空行程测试 耐压性测试 反应时间测试 输出功能测试 释放时间测试 输入输出特性测试 从测试项目 可以看出，需要对压强、长度、力等物理量进行测量，需要位移传感器，力传感器、真空计等测量元件。并根据 文献 1和 文献 2中关于试验方法和检验规则的相关规定，应采用换向阀、真空发生设备、推力发生设备等组成部件。 对于真空发生设备， 目前常用的有真空泵和利用压缩空气形成真空的真空发生器两种。真空泵的极限真空度和抽吸流量均能达到较大，真空发生器二者仅能得到其一；真空泵消耗功率较小，真空发生器消耗功率较- 15 - 大；真空泵安装不便，不便于维修；真空发生器安装方便，维修简单；真空泵主要应用场合连续、间歇工作均可，适合集中使用；而 真空发生器有压缩空气，宜间歇工作，容量不大，适合分散使用；真空泵价格较低，真空发生器价格较高。 经综合考虑比较，真空发生系统采用真空泵配合真空罐的真空发生方式。真空泵进行抽气，真空罐用于稳定压强。 真空室和泵 之间用开关阀门隔开，当不工作时阀门处于关闭状态，工作时阀开启。 对于推进系统，目前常用的有汽缸推动，液压缸推动和电动缸推动三种方式。在精密机床供给系统、测试台和实验设备中，常利用电动缸同各种不同的附件一起使用，执行各种各样的功能。 电动缸与油缸和气缸相比， 电动缸可替代油缸或气缸实现往复直线运动。当与计算机 配套使用时，可以进行编程驱动，按工艺指令实现自动控制或集中控制。适用于高精度加载和危险区无距离操纵。与油缸、气缸相比总造价低于后者数倍或数十倍，并可省去管道、阀门等零部件。动作时间快，无运动惯性。执行时间由几秒至几十秒，而且只在执行时间内耗用电力，待执行时间不耗费能源，运行中无环境污染。具有结构紧凑，安装方便，使用可靠，维修简单，节约能源等优点 。 电动缸具有上述优点，结合本次毕业设计考虑，设计中需要推进系统推动真空助力器。电动缸是使用高质量的滚珠丝杠传动，在全部速度范围内可以提供平稳运行。而且由于电动缸不存 在粘滞打滑，可以实现非常短的位移，所以本次设计采用电动缸作为推进系统推力发生装置。 计 试验台 测试原理 根据测试项目及其测试方法， 设计出试验台 测试原理图如图 3示。 测试方法设计 真空助力器测试项目 a 非工作密封性 将真空助力器与真空源连接，输入推杆处于原始位置的状态下，当真空度达到 断真空源，系统压力稳定后，检测时间为15空度值下降不大于 b 助力点以下密封性 - 16 - 将真空助力器与真空源连接，步进电机通过滚珠丝杠推动真 空助力器的输入推杆，其输入推杆行程为全行程的 70 80后，电磁球阀 12、 13通电，继续推动真空助力器的输入推杆，检测力传感器，保证真空助力器输入力为最大助力点的 50 70，当真空度达到 断真空源，系统压力稳定后，检测时间为 15空度值下降不大于 c 助力点以上密封性 将真空助力器与真空源连接，步进电机通过滚珠丝杠推动真空助力器的输入推杆，其输入推杆行程为全行程的 70 80后，电磁球阀 12、13 通电，继续推动真空助力器的输入推杆，检 测力传感器，保证真空助力器输入力为最大助力点的 120 140，当真空度达到 断真空源，系统压力稳定后，检测时间为 15s 时的真空度下降值。真空度值下降不大于 真空系统储液罐47145 326181812161713192115120 222312、 63、 54 78、 9 10、 1112、 13、 16、1714、 151819 2021 2223图 3验台测试原理图 - 17 - 将真空助力器与真空源连接，真空度达到 过步进电机带动滚珠丝杠在助力器的输入推杆，当助力器输出杆产生位移时，检测助力器输入推杆的行程，应不大于 2检测安装在真空助力器两端的位移传感器的值） 将真空助力器与真空源连接，并保持真空度为 进电机通过滚珠丝杠推动真空助力器的输入推杆，其输入推杆行程为全行程的 50 65后，电磁球阀 12、 13通电，继续推 动真空助力器的输入推杆，检测力传感器，保证真空助力器输入力为最大助力点的 130，同时保证真空助力器输入杆作用力上升速率为 (4万 N s，保持最少2s。测定从加力到最大助力点的 97时的时间 ， 应不