单膜片、双膜片真空助力器的结构和工作原理上课讲义

1、2.1真空助力器的结构和工作原理真空助力器是汽车制动系统中的重要部件，装在汽车制动踏板推杆和制动主缸之间，利用辅助真空泵产生的真空或者发动机进气歧管真空，使真空腔和大气腔产生压力差，从而产生伺服力，减轻司机制动时的脚踏力，缩短制动距离。真空助 力器的真空源一般是发动机的进气歧管，有一部分是安装了真空泵作为真空源。在制动系统中，真空助力器简图如图2.1所示：iii讥卫器后制动探图21 助力器简图对于单膜片和双膜片真空助力器的控制阀部分的工作原理是相同的。控制阀部分的结构如图2.2 :图22 真空助力器控制阀部分的结构简图具体的结构工作过程如下:制动的时候，踩下制动踏板。由驾驶员给予的制动踏板上的

2、脚踏力经过踏板杠杆 比放大。放大后的力经过控制阀推杆。这时，推杆回位弹簧受推杆上力的作用被压缩、 控制阀推杆推动控制阀活塞（柱塞）向前移动。当控制阀橡胶皮碗与真空阀座相接触的 时候，真空阀尖闭了。控制阀推杆上的橡胶皮碗从接触真空阀座后，逐渐产生变形。这 时候，控制阀的空气阀口继续前移，空气阀口准备开启。随后，空气阀口初产生变形。 这是真空助力器升压时所在的平衡位置。此时控制阀活塞端部是还没有与反馈盘的主面 接触的。控制阀推杆继续向前移动，空气阀打开。外界的空气经过滤清圈后通过此时打开的大气阀进入真空助力器的大 气腔。 伺服力即助力，此时产生了。这时，反作用盘的主面即与推杆活塞即将接触的反馈盘的

3、 作用面还没有与柱塞活塞的断面接触。助力器还没有能够到达平衡 状态。空气进入大气 腔后，大气腔的气压的到改变，伺服膜片产生伺服力，使得反作用盘的副面受力。而主 面没有受力，这样，受力的不同，反馈盘的主面向后 凸起。当到达副面产生的助力的大 小能促使主面凸起的高度到达与活塞推杆的作用块接触时，助力器达到这时的平衡位置 T。随后，随着输入力推杆传递的输入力越来越大，这时的助力成固定比例（助力 比）增加，在特性曲上为一斜率为助力比与助力器效率的乘积的直线。由于大气气压是固定值，当达到最大助力点时，即大气腔的气压等于外界的大气压强时，助力 将不会发生改变。这时候的助力器的输入力与输出力等比例增加（不考

4、虑真空助力器的 效率）。这时，向后凸起的主面将在柱塞力的挤压作用下，逐渐减小向后凸起的高度。 当输入力推杆上的力足够大时，反馈盘的主面到达与副面平衡的位置。之后，反馈盘的 主面甚至开始向反方向凸起。这时候，空气阀打开的程度越来越大，助力器的大气腔 （变压腔）与外界空气完全相通，取消制动时随着输入力的减小。控制阀活塞向后退移 动，但是伺服力这个时候还是固定值，大气阀口的间隙越来越小，知道刚好尖闭的位 置，并随之产生变形。但是，这个时候的位置并不是降压过程的平衡位置。输入力接着 继续减小，真空阀口尖闭。此时，真空助力器就处在降压曲线中的平衡点位置。升压的 平衡位置与降压的平衡位置有一个差值。这是由

5、于真空阀与大气阀的两个材料的变形引 起的。大小是两个变 形值的和。真空阀打开后，助力器的真空腔和大气腔相通，真空腔的真空度逐渐下降，助力逐渐减小了。此时的活塞体向后移动。在这个降压的过程当中。大气阀阀口 始终是变形的，但是真空阀没有变形。到了反馈盘主面作用力为零的时候，真困难该助力 器最后达到了最后的平衡位置。若是这是真空助力器输入力推杆继续向后退，助力器的平衡被打破。回复到初始的原始状态即非工作状态。2.1单膜片真空助力器的结构和工作原理单膜片真空助力器的结构如图2.3所示:后壳体助力活塞体一后腔控制阀皮碗主缸顶杆活塞回位弹簧（.）前壳体真空密封圈反馈盘ir控制阀回位弹簧（卜）匚真空阀口 I

6、 I通道k濡壳密計圈：-A阀軸控制阀皮碗压簧真空管II /图2.3单膜片真空助力器结构真空助力器主要由壳体、膜片、控制阀、活塞体、控制阀推杆、反馈盘等组成。 真空助力器通过后壳体上的螺栓固定在汽车的前围板上，通过前壳体上的螺栓与制动主 缸连接。膜片把伺服室分隔成前后两腔，前腔通过真空管与发动机的进气0支管连接。1 ）非工作状态当真空助力器处于非工作状态时，制动踏板推杆没有力的作用，控制阀和活塞体之 间的真空阀开启，柱塞与橡胶皮碗组成的大气阀尖闭，前后腔通过活塞体的通道A和真 空阀口连通，当发动机工作时，前后腔空气被抽空，都保持真空状图2.4非工作状态2）工作状态刚才下制动踏板，给输入力推杆一定

7、的力时，控制阀推杆在力的作用下向前运动，同时，控制阀回位弹簧与控制阀皮碗弹簧被压缩，在弹簧的作用下，控制阀阀座 向前移动，真空阀口矢闭，这样，前后两腔隔绝O继续给踏板增加踏板力，控制阀座与柱 塞分离，空气阀开启，外界空气通过滤圈、通道B进入后腔，从而使助力器前后两腔产生压力差，该压力差作用在膜片上。膜片的有效面积产生伺服 力，回位弹簧的作用力和产生的伺服力方向相反，伺服力除了克服回位弹簧回位力的作用 外，其余的力通过反馈盘作用在主缸推杆上，用于推动主缸活塞运动。此时，反馈盘内 圈受到柱塞的挤压力而变形。图2.5工作状态3）平衡状态当空气继续进入大气腔，反馈盘外圈受到活塞体的作用力越来越大，压力

8、也越来越大，此时，反馈盘内外圈受到的压力是不一样的，空气通道因此能继续开放，大气能继续进入后腔。空气的继续进入，使得反馈盘内外受到的压强差越来越小，当内外圈压强相等的时候，在制动主缸推杆的反作用力的作用下，柱塞（空气阀座）向后（右）移动，直至空气阀座与控制皮碗接触压紧，空气阀矢闭，此时，助力器达到平衡状态。平衡A通道尖闭。图2.6平衡状态状态时，前后腔隔绝，把三个状态用一个表格描述，即:大气阀真空阀真空腔大气腔反馈盘两腔矢系非工作状态矢闭开启有真空度有真空度未变形连通工作状态开启矢闭有真空度大气进入变形量不等未连通平衡状态矢闭矢闭有真空度无真空度变形量相等未连通表1单膜片真空助力器三个工作状态

9、时的相互尖系2.2双膜片真空助力器的结构和工作原理双膜片真空助力器的结构如图2.7所示：图27双膜片真空助力器结构1 六角螺母2弹簧垫圈3主缸顶面板4真空口防尘套5前壳总成6前壳密圭寸胶 圈7前壳密封胶圈 骨架8前壳弹性挡圈9前橡胶膜片衬板10橡胶膜片11 后橡胶膜片衬板12后橡胶膜片13连接滑套14后壳总成15-0形密封圈16-0形密封接套固定圈30后腔内套盘31膜片垫圈32O形密封圈33锁母3牛回位弹簧35主缸顶杆总成36前防尘套橡胶阀座色橡胶阀座弹簧弹簧座控制阀推杆(55压缩弹簧弹簧座咗气阀座双膜片真空助力器的部件主要由前壳体后壳体、前后橡胶膜片、活塞体、回位 弹簧、柱塞、橡胶皮碗、反馈

10、盘、主缸推杆、输入踏板推杆、中间隔板等组成。双膜片真 空助力器与单膜片真空助力器两者的工作原理相似，都是通过气压差产生力作用。但 是，双膜片真空助力器比单膜片真空助力器在活塞体上多了导气机构，多了一块把气室分 隔成前后两气室的中间隔板等。2.3方案设计此设计所采用的方案设计如图2.7所示。图28本方案双膜片真空助力器结构1 连接叉2.螺母3.挡圈4防尘罩5.后壳气封6.后壳气封支承7.后壳气封挡圈8.螺杆9.后壳体10.后膜片门后膜片衬板12.中间隔板13隔板气封14隔板气封 支承圈15气封挡圈16前膜片衬板17前膜片18前膜片挡圈19前壳体20前壳加 强板21.回位弹簧22.主缸推杆23.推

11、杆螺栓24.前壳气封25.前壳气封支承圈26.气封挡圈27.反馈盘28.回位弹簧座29.真空管30.推杆活塞作用块座31 推杆活塞作用块32.推杆活塞挡33.推杆活塞34.后膜片挡圈35.控制阀弹簧36.橡胶皮碗37.橡胶皮碗座38.推杆回位弹簧39.推杆回位弹簧座40.滤清圈41 活塞体42.消声圈43.输入力推杆该方案与其他方案不同的地方在于，它没有用锁片定位推杆活塞（柱塞）而是在推杆活塞的末端加一个轴向挡圈，推杆活塞由轴向挡圈限制其向右的极限位置。在推杆活 塞的末端，有一块作用块。该作用块的半径与推杆活塞的半径相等，作用块由一作用块座限制其径向位移。如图211所示为该结构的放大图：2.1

12、1反应盘部分的结构图由上图可以看出，没有工作时，反应盘与柱塞作 用块之间有一段间隙，这段间隙是必须有的，防止作用块与反应盘长时间接触挤压，消耗 反应盘的作用。这个间隙大约是1 mmo该方案的通气通道都是在活塞体上实现的，在活塞体中部与中间隔板接触的附近有 一个大小适宜的孔，连通着两个真空腔。在活塞体的斜角的地方，有一个扁形的通 道，连接着两个大气腔。大气腔和真空腔的连通是通过真空阀实现的，这和普通的真空助 力器一样。助力器的真空源是发动机，与发动机的进气歧管相连。双膜片真空助力器的 中间隔板、前后壳体是钏接的，过盈密封配合，中间隔板与中间隔板的气封组件式通过锄 接连接过硬密封的。中间隔板是固定

13、不动的，可以在活塞体上滑动。下面从三个工作状态对工作实现方式进行说明。D非工作状态图28非工作状态双膜片真空助力器处于非工作状态时，即驾驶员没有踩下制动踏板，输入推杆没有力的作用时，双膜片真空助力器的真空阀处于 开启状态，柱塞和橡胶皮 碗组成的大气阀矢闭，外界大气与气室隔绝。此时，前真空腔 通过通道A与后真空腔相连通，前大气腔与后大气腔通过通道D相连通。而此时，真空 腔与大气腔通过真空阀和通道C相连通o因此，四个腔此时都是连通的，气压一样，没有 压差。当发动机工作时，由于真空助力器真空阀口与进气歧管相连，在发动机的作用 下，四个腔的空气被抽走，造成一定真空度。2）工作状态图2.9工作状态当踩下

14、制动踏板，输入推杆受到了力的作用，输入推杆推动柱塞轴向向前移动，橡 胶皮碗与真空阀座接触，真空阀尖闭，前后真空腔与前后大气腔断开，但是前真空腔与后 真空腔还是连通的，前大气腔和后大气腔也是连通的。与此同时，大气阀座与橡胶皮碗 分离，大气阀打开，空气通过大气阀，再通过通道c进入后大气腔。因为后大气腔与前大 气腔通过通道D连通，所以空气就能进入前大气腔，此时，前后大气腔的压力逐渐改变。 然而由于真空腔的气压没有改变，这样，在真空腔与大气腔之间就产生了气压差，气压差 通过前后膜片的作用产生了压力差，压力差作用在活塞体上，活塞体在这个压力差的作 用下向左移动。该压力差除克服回位弹簧的抗力外，其余部分通过反作用盘作用在主缸 推杆上，使主缸推杆获得力的作用向左轴向运动，推动主缸活塞移动，产生油压差， 产生制动力。3）平衡状态当空气继续进入大气腔，反馈盘外圈受到活塞体的作用力越来越大，压力也越来越此时，反馈盘内外受到的压力是不一样的，空气通道因此能继续开放，大气能继 续进入后腔。空气的继续进入，使得反馈盘内外