汽车制动系统真空助力制动总成

1、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

2、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Vacuum strengthener and brake master cylinder are important parts in Hydraulic brake system of modern cars. Eligible vacuum strengthener and brake master cylinder are a guarantee for traveling

3、safety. Every country establishes a standard to prescribe their capability.An automobile vacuum strengthener and brake master cylinders test-table is developed in this paper, based on analyzing structure and theory of automobile vacuum strengthener and brake master cylinder. It can finish all the te

4、st items specified in the Peoples Republic of China Industry Standard and some test items specified in the enterprise standard.The successful development of this test board not only offers means of testing and experimenting vacuum strengthener and brake master cylinder, but also improves the quality

5、 of vacuum strengthener and brake master cylinder, according to analyzing the date of feedback time , release time, encapsulation and the characteristic of input-output.According to the technical condition and testing approach of vacuum strengthener with brake master cylinder, the test equipment and

6、 the control system for the performance were designed, moreover it was made calculation of some structure and subassembly The each composition and its function were introduced in detail.Keywords： Vacuum Strengthener; Brake Master Cylinder; Configuration Design; Testing Device; Test-bed不要删除行尾的分节符，此行不

7、会被打印目录摘要 = 1 * ROMAN IAbstract = 2 * ROMAN II TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc233809034 第1章 绪论 PAGEREF _Toc233809034 h 1 HYPERLINK l _Toc233809035 课题背景 PAGEREF _Toc233809035 h 1 HYPERLINK l _Toc233809036 汽车制动系统的历史 PAGEREF _Toc233809036 h 1 HYPERLINK l _Toc233809037 我国汽车制动系统现状 PAGEREF _Toc233809037 h

8、 4 HYPERLINK l _Toc233809038 测试技术现状 PAGEREF _Toc233809038 h 6 HYPERLINK l _Toc233809039 选题目的和意义 PAGEREF _Toc233809039 h 6 HYPERLINK l _Toc233809040 课题的意义 PAGEREF _Toc233809040 h 6 HYPERLINK l _Toc233809041 设计要解决的问题 PAGEREF _Toc233809041 h 7 HYPERLINK l _Toc233809042 第2章 真空助力器特性 PAGEREF _Toc233809042

9、 h 8 HYPERLINK l _Toc233809043 真空助力器的工作原理 PAGEREF _Toc233809043 h 8 HYPERLINK l _Toc233809044 概述 PAGEREF _Toc233809044 h 8 HYPERLINK l _Toc233809045 真空助力器的工作原理 PAGEREF _Toc233809045 h 9 HYPERLINK l _Toc233809046 真空助力器在使用过程中的状态 PAGEREF _Toc233809046 h 9 HYPERLINK l _Toc233809047 助力器的性能指标 PAGEREF _Toc

10、233809047 h 11 HYPERLINK l _Toc233809048 密封性 PAGEREF _Toc233809048 h 11 HYPERLINK l _Toc233809049 反应时间和释放时间 PAGEREF _Toc233809049 h 11 HYPERLINK l _Toc233809050 输入输出特性 PAGEREF _Toc233809050 h 11 HYPERLINK l _Toc233809051 本章小结 PAGEREF _Toc233809051 h 13 HYPERLINK l _Toc233809052 第3章 试验台测试原理设计 PAGEREF

11、 _Toc233809052 h 14 HYPERLINK l _Toc233809053 测试目标的分析 PAGEREF _Toc233809053 h 14 HYPERLINK l _Toc233809054 设计试验台测试原理 PAGEREF _Toc233809054 h 15 HYPERLINK l _Toc233809055 测试方法设计 PAGEREF _Toc233809055 h 15 HYPERLINK l _Toc233809056 真空助力器测试项目 PAGEREF _Toc233809056 h 15 HYPERLINK l _Toc233809057 制动主缸测试项

12、目 PAGEREF _Toc233809057 h 17 HYPERLINK l _Toc233809058 本章小结 PAGEREF _Toc233809058 h 18 HYPERLINK l _Toc233809059 第4章 测试系统各主要组成部件的选择 PAGEREF _Toc233809059 h 19 HYPERLINK l _Toc233809060 推动部件的选择 PAGEREF _Toc233809060 h 19 HYPERLINK l _Toc233809061 电动缸的选择 PAGEREF _Toc233809061 h 19 HYPERLINK l _Toc2338

13、09062 真空发生设备的选择和计算 PAGEREF _Toc233809062 h 19 HYPERLINK l _Toc233809063 真空泵的选择 PAGEREF _Toc233809063 h 19 HYPERLINK l _Toc233809064 真空罐容积的确定 PAGEREF _Toc233809064 h 20 HYPERLINK l _Toc233809065 真空罐的结构设计 PAGEREF _Toc233809065 h 21 HYPERLINK l _Toc233809066 力传感器的选择 PAGEREF _Toc233809066 h 25 HYPERLINK

14、 l _Toc233809067 位移传感器的选择 PAGEREF _Toc233809067 h 25 HYPERLINK l _Toc233809068 液压回路电磁换向阀的选择 PAGEREF _Toc233809068 h 26 HYPERLINK l _Toc233809069 夹具的选择及校核计算 PAGEREF _Toc233809069 h 26 HYPERLINK l _Toc233809070 夹紧形式的确定 PAGEREF _Toc233809070 h 26 HYPERLINK l _Toc233809071 夹具校核计算 PAGEREF _Toc233809071 h

15、 26 HYPERLINK l _Toc233809072 本章小结 PAGEREF _Toc233809072 h 28 HYPERLINK l _Toc233809073 结论 PAGEREF _Toc233809073 h 29 HYPERLINK l _Toc233809074 致谢 PAGEREF _Toc233809074 h 30 HYPERLINK l _Toc233809075 参考文献 PAGEREF _Toc233809075 h 31 HYPERLINK l _Toc233809076 附录 PAGEREF _Toc233809076 h 32千万不要删除行尾的分节符，

16、此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行绪论课题背景汽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.其制动距离较马拉货车要短得多。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

17、短，一般使用寿命仅为50km。为克服上述缺点，涨闸式制动器诞生了，其大修里程上升到 1500km以上，这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

18、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

19、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.当时的车速低，仅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

20、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 (ABS)技术，该技术不仅

21、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Werner在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，ABS技术已日趋成熟，制造成本不断降低，在1990年美国仅有2% 5%的轿车和轻型货车装备了ABS，到 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ABS。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

22、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

23、，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 (重力加速度)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ABS防抱装置。而ABS或者其他制动干预系统则是根据每个制动器的需要对油液压力进行调节，但是成本较高。后来，凯西-海斯(K-H)公司

24、在一辆实验车上安装了一种电-液(EU)制动系统，向完全电路制动的方向迈出了重要的一步。而BBW（Break-By-Wire）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。Duesenberg Eight车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(ABS)的实用和推广

25、。ABS集微电子技术、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ABS装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ABS制动器；1971年，克莱斯勒车采用了四轮电子控制的ABS装置。这些早期的ABS装置性能有限，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

26、、带有独立液压助力器的全数字电子系统控制的ABS制动装置。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ABS防抱装置。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，ABS以成为性能可靠、成本日趋下降的具有广泛应用前景的成熟产品。1992年ABS的世界年产量已超过1000万辆份，世界汽车ABS的装用率已超过20%。一些国家和地区(如欧洲、日本、美国等)已制定法规，使ABS成为汽车的标准设备。 我国汽车制动系统现状 HYPERLINK :/price.pcauto /brand.jsp?bid=34 t _blan

27、k 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2860kg的 HYPERLINK :/price.pcauto /brand.jsp?bid=70 t _blank 凯迪拉克V16车四轮采用直径419.1mm的鼓式制动器，并有制动踏板控制的真空助力装置。 HYPERLINK :/price.pcauto /brand.jsp?bid=66

28、 t _blank 林肯公司也于1932年推出V12轿车，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。DuesenbergEight车率先使用了轿车液压制动器， HYPERLINK :/price.pcauto /brand.jsp?bid=39 t _blank 克莱斯勒的四轮液压制动器于1924年问世，美国 HYPERLINK :/price.pcauto /brand.jsp?bid=48 t _blank 通用汽车公司和o /brand.jsp?bid=2

29、1 t _blank 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（ABS）也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

30、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1.1,1.2所示。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。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

31、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。我们从图可以看出，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(ABS)功能后，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

32、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ABS或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(ABS)已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

33、移率不是保持在最佳滑移率上，并未达到最佳的制动效果。大气图1-1 真空助力器工作原理示意图图1-2 制动主缸工作原理示意图测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。QC/T307-1999和QC/T311-1999标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

34、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。选题目的和意义 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 QC/T311-1999和真空助力器技术条件 QC/T307-1999作为行业标准。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。对汽车真空助力器，真空助力器技术条件 QC/T307-

35、1999规定了一般要求，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 QC/T311-1999规定了基本要求、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。设计要解决的问题双击上一行的“1”“2”试试，(本行不会被打印，请自行删除)根据汽车行业标准和汽车配件

36、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。真空助力器特性真空助力器的工作原理 概述装有真空

37、助力器的汽车制动系统如图2-1所示。1-盘式制动器 2-制动主缸 3-制动软管 4-储油罐5-真空单向阀 6-制动真空助力器 7-制动踏板 8-鼓式制动器图2-1 装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

38、司机操纵轻便并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612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。真空助力器的工作原理如图2-2所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

39、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

40、，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

41、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。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

42、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。1-控制阀总成 2-控制阀推杆3-阀门回位弹簧4-控制阀座 5-控制活塞6-反力盘 7-膜片阀体总成 8-回位弹簧 9-输出推杆 10-阀门弹簧图2-2真空助力器工作原理图4

43、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。5.无真空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

44、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

45、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2-3所示，横坐标为输入力，纵坐标为输出力。Fa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Fa30N。 本章小结本章对真空助力器的工作原理及其性能指

46、标作了介绍，为测试系统的测试原理设计作了准备。试验台测试原理设计测试目标的分析设计试验台主要技术指标如表3-1。表3-1 试验台技术指标真空调节范围095kPa真空测量精度0.25%液压测量范围020MPa液压测量精度0.25%气压调节范围气压测量精度力测量范围020000N力测量精度0.05%位移测量范围050mm时间测量精度1 ms数据采集精度1 ms电源220V、50HZ、单件测试时间4min试验中需要测试项目如表3-2。表3-2 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

47、，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

48、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

49、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。设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3-1所示。 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kPa时

50、，切断真空源，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kPa。b 助力点以下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7080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5070，当真空度达到kPa时，切断真空源，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kPa。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7080后，电磁球阀12、13通电，继续推动

51、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120140，当真空度达到kPa时，切断真空源，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kPa。1-电动缸；2、6-力传感器；3、5-位移传感器；4-真空助力器；7-制动主缸；8、9-液压传感器；10、11-快换接头；12、13、16、17-电磁换向阀；14、15-制动轮缸；18-截止阀；19-真空泵；20-气动开关阀；21-真空罐；22-气动开关阀；23-真空计图3-1 试验台测试原理图将真空助力器与真空源连接，真空度达到kPa土时，通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

52、位移时，检测助力器输入推杆的行程，应不大于2mm。（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kPa，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5065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(4万4.6万)Ns，保持最少2s。测定从加力到最大助力点的97时的时间，应不大于。 反应时间测试后，步进电机高速返回以迅速解除推杆上的力，测定输出力降到其10的时间，应不大于。 将真空助力器与真空源连接，保持真空度为kPa，

53、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75以上，保证真空助力器输入力为最大助力点的130以上，调整步进电机的转速，保证助力器的输入推杆以150 N300 Ns的速率连续加载到最大助力点的130以上，然后以100N250 Ng的速率连续卸荷，测定加载和卸荷时相应的输入输出力，描绘其特性曲线，并测出或计算下列值；a 始动力（ 110N）b 释放力（ 30N）c 跳跃值（待定，按图纸要求）d 最大助力点 （应在理论值的10%范围内）e 助力点的30%（应在理论值的10%范围内）f 助力点的80%（应在理论值的10%范围内）g 助力比（理论设计值的95%以上） 制动主缸

54、测试项目电磁换向阀16和17交替通电，并使制动主缸反复处于推进的制动状态和制动解除状态（次数在试验中确定），使其充满制动液，然后步进电机通过滚珠丝杠推动真空助力器的输入推杆，最终在制动腔中建立起最高工作液压15MPa，稳压后保持推杆位置不变，30s后记录液压压力下降值，应不大于。电磁换向阀16和17交替通电，并使制动主缸反复处于推进的制动状态和制动解除状态（次数在试验中确定），使其充满制动液，然后步进电机通过滚珠丝杠推动真空助力器的输入推杆，调整步进电机的转速应保证15s土5s在制动腔中建立起最高工作液压20MPa，稳压后保持推杆位置不变，5s后记录液压压力下降值，应不大于。3.输出功能测试（

55、单腔失效）电磁换向阀16和17交替通电，并使制动主缸反复处于推进的制动状态和制动解除状态（次数在试验中确定），使其充满制动液，然后使电磁球阀16（17）通电，使得第一（第二）制动腔与储油罐相通，通过步进电机加载，加载过程与密封性能测试相同，第二（第一）制动腔中应能建立起最高工作液压15MPa 本章小结本章通过对试验台测试原理做了总体上的设计，设计出可以实现测试功能的系统原理图，为接下来对系统的具体设计做了必要的准备工作。测试系统各主要组成部件的选择推动部件的选择 电动缸的选择电动缸的总载荷： = （4-1）式中：最大载荷(N)； 使用系数，本试验台属于轻微冲击载荷，惯性中等，取；计算最大载荷=

56、 （4-2）式中：真空助力器的助力比，取4；真空助力器推动制动主缸的力(N)；=20=9817(N)所以有=2454（N）计算总载荷：=3191（N）采用Parker Automation 的ET80-M10LA型电动缸。其可提供最大推力8300N，导程为10mmm，推力系数为656N/Nm，当行程为50300mm时，最大允许速度为800mm/s。 真空发生设备的选择和计算 真空泵的选择最常见常用的真空泵是油封式旋转机械真空泵。其中，定片式真空泵已经淘汰，我国对于旋片式、滑阀式（或柱塞式）、直联式三种均有系列标准。从应用场合看，旋片式真空泵常用于抽除密封容积中的干燥气体或含有少量可凝性蒸汽的气

57、体。从特点看，旋片式真空泵结构简，使用寿命长，检修容易，一般用于仪器，医疗器械，科研等部门。考虑到所设计试验台的特点，并考虑到成本方面的原因，本次设计真空泵采用旋片式真空泵。旋片式真空泵的工作原理分两种：1单极旋片式真空泵；2双极旋片式真空泵（串联，同向等速旋转）。其中，双极旋片式真空泵的极限真空度比单极旋片式真空泵高。在确定极限真空度时，主泵极限真空比真空室极限真空高半个或者一个数量级，真空室与真空助力器相连接的时候可达到的真空度为kPa土kPa。国产XD系列真空泵的技术指标如表4-1所示。表4-1 XD系列真空泵技术指标项目型号极限压力（Pa）抽速(m3h-1)配电机功率(kw)泵质量(k

58、g)尺寸参数长宽高 （mmmmmm）淄博莱宝真空泵业有限公司XD-1021021015405235210XD-202020450280210XD-404060624312268XD-636365665323265XD-10010083700350280选用功率最小，抽速最小，体积质量也最小的XD-10型真空泵即能满足真空度的需要，故采用XD-10型真空泵。 真空罐容积的确定真空发生回路中气罐的作用常见的有三种：1）在气压泵出现故障停止运转后的一段时间内或者在有频率地工作时不抽气的时间段内补充管路所需要的真空度；2）消除真空回路工作端的气压脉动，使气压平稳；3）进一步分离掉压缩空气中的水分和油分

59、。在高真空设备中，如冶炼金属的设备中真空罐主要是起补充真空度的作用。低真空设备，如本试验台中真空罐的作用是为了使真空工作端压力平稳，选用真空罐容积仅从真空室用机械泵抽气时间考虑。真空室用机械泵抽气时间为： （4-3）式中：t抽气时间（s）；SP泵的名义抽速（L/s）所选XD-10型真空泵的抽速为10，即 2.78 L/s；p抽时间t后真空作用端的压力（Pa），所需压力pkPa；V真空设备容积（L），设计真空罐容积不小于50L；Pi设备开始抽气前的压力（Pa），为大气压力101kPa；Kq修正系数，按表4-3选取，=1。表4-3 不同压力下修正系数P(Pa)-1010-1124所以有：=2.31

60、=19.3(s)从开始抽气到达到所需要真空度只需要19.3秒，可以满足试验需要，设计真空罐容积等于50L。 真空罐的结构设计大多数真空室都由筒体、封头、门、冷却水套、法兰、管道等结构组成的，各个真空罐由于用途不同，容积不用，在结构上各有不同，不一定全部拥有上述结构。真空室一般用金属轧制板材制成，对材料的要求是可焊性好，气密性好。对真空度要求不高的真空室，所用材料通常是低碳钢，合金钢，铝材和铜材。考虑到25号优质碳素钢具有很好的焊接性及冷应变塑性，无回火脆性倾向，常用于制造焊接设备，以及经锻造、热冲压和机械加工的不受高应力的零件。对真空罐的设计采用25号优质碳素钢。筒体分类为：圆筒形，圆锥形，盒