【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 立的狀態(tài)在現(xiàn)實(shí)中是不可能實(shí)現(xiàn)的。第一，每個(gè)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(jì)規(guī)律的，實(shí)際的尺寸區(qū)間是一個(gè)公差帶，而理想的位置只是在公差帶上的一個(gè)點(diǎn)而已。那么，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，是如何處理這個(gè)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(shí)候，空氣閥柱的端部沒有到達(dá)反作用盤的接觸面上，存在一定的間隙。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，為取得良好的始動(dòng)力和釋放力等技術(shù)參數(shù)，采用了間隙配合,即 。. 真空助力器的三個(gè)重要的工作原理目前關(guān)于真空助力器的文獻(xiàn)中，都只是提到了真空助力器的三個(gè)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)。在課題的研究中，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(xiàn)中未曾提及的幾個(gè)重要原理, 即, 三個(gè)平衡位置的原理、平衡位置的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換的原理和反作用盤的核心作用。汽車真空助力器在工作過程中存在著三個(gè)平衡位置，在加載時(shí)（或制動(dòng)時(shí)）空氣閥口處于若即若離狀態(tài)，此時(shí)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(shí)（或取消制動(dòng)時(shí)）真空閥口處于若即若離的狀態(tài)，此時(shí)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(dòng)穩(wěn)定在某一時(shí)刻，輸入力不再變化時(shí)（即助力器處于無運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)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(gè)平衡位置。助力器在工作過程中的平衡位置的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換的原理。這是一個(gè)極容易被忽視的原理，也是在結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計(jì)時(shí)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(dòng)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(shí)，空氣閥口的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(yàn)；當(dāng)卸載開始的瞬間，助力器將由制動(dòng)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(shí)，真空閥口的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(yàn)。在第4章中的研究將進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)此原理的重要性。由表21中，可以看到在各工作狀態(tài)變化中,空氣閥口和真空閥口處形變的變化情況。其中， 為控制閥的真空閥口處的密封形變量， 為控制閥的空氣閥口處的密封形變量。表21各狀態(tài)下控制閥空氣閥口和真空閥口的形變變化表工作狀態(tài)應(yīng)用狀態(tài)過渡狀態(tài)（加載）維持狀態(tài)過渡狀態(tài)（卸載）釋放狀態(tài)空氣閥口 無形變變化 有形變不變 有形變真空閥口 有形變不變 有形變變化無形變由上述的闡述可以看到，實(shí)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(gè)平衡位置的理論。真空助力器的實(shí)際的工作過程是：制動(dòng)時(shí),制動(dòng)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(shí),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(shí)，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(shí)，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(shí)的平衡位置，此時(shí)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(jìn)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(dá)到平衡。而空氣進(jìn)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(dá)到與控制閥的端面接觸時(shí)，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(zhǎng)。由于伺服力資源的有限性,當(dāng)達(dá)到最大伺服力時(shí),即應(yīng)用氣室的真空度為零時(shí)(應(yīng)用氣室氣壓為一個(gè)大氣壓),伺服力將不再發(fā)生變化。此時(shí)助力器的輸入力與輸出力將等量增長(zhǎng)，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(dá)到足夠到的輸入力時(shí)，反作用盤的主面甚至開始下凹，此時(shí)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(dòng)時(shí),隨著輸入力的減小，控制閥推桿后移，伺服力仍然是個(gè)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(shí)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(shí)的平衡位置與降壓時(shí)的平衡位置存在一個(gè)的差值，這個(gè)差值就是控制閥在真空閥口和空氣閥口處的兩個(gè)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(shí)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(shí)，助力器達(dá)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(yàn)(或者說，一次常規(guī)的制動(dòng)過程)中真空助力器工作的詳細(xì)過程，了解這個(gè)過程對(duì)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(jì)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(jì)算和曲線以及產(chǎn)生的后果將在第4章中作詳細(xì)的討論。應(yīng)該特別注意的兩個(gè)概念是：在一臺(tái)設(shè)計(jì)合理的真空助力器實(shí)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(gè)概念。在輸入力輸出力的特性曲線中,兩個(gè)平衡位置的力學(xué)關(guān)系的體現(xiàn)分別對(duì)應(yīng)的是始動(dòng)力和釋放力處跳躍值變化的過程。初始平衡位置的概念：在升壓過程中，空氣閥口開啟的同時(shí)，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(jìn)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(dá)到一個(gè)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(shí)，助力器的輸出力完全是由伺服力產(chǎn)生的。這個(gè)伺服力同時(shí)又保證著反作用盤的形變。此時(shí)，如果控制閥推桿繼續(xù)后移，由于制動(dòng)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(bǔ)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(shí)和卸載時(shí)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(dòng)力時(shí)的跳躍值。 反作用盤的核心作用和性能要求 在課題的研究中發(fā)現(xiàn)：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?jiǎng)偤糜|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(qiáng)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(shí)受力，且受力的大小與主面和副面的面積成正比。此時(shí)，助力器的隨動(dòng)性最好，反作用盤的使用壽命長(zhǎng)。但是，這種理想狀態(tài)在現(xiàn)實(shí)中是很難實(shí)現(xiàn)的。設(shè)計(jì)合理的助力器（間隙配合）的反作用盤又起到了補(bǔ)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(shí)空氣閥口開啟，助力器的應(yīng)用氣室進(jìn)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(bǔ)償了空氣閥柱與反作用盤主面之間的間隙時(shí)，助力器達(dá)到了平衡狀態(tài)。反之，設(shè)計(jì)不合理助力器當(dāng)空氣閥柱端面觸到反作用盤主面上時(shí), 空氣閥未能開啟,這時(shí)反作用盤的主面由于受力而凹下，而副面相對(duì)隆起,直到反作用盤的副面隆起的高度能夠使空氣閥口開啟時(shí), 助力器才達(dá)到平衡狀態(tài)。 反作用盤材質(zhì)具有的這種即要求受力表面各處壓強(qiáng)相等又能夠產(chǎn)生形變的材質(zhì)特征是真空助力器工作原理的核心原理之一。因此，對(duì)反作用盤的性能要求如下：①良好的密封性。反作用盤的過盈量要適當(dāng)，過盈量太小不能保證密封性；過盈量太大，反作用盤側(cè)面的摩擦力加大,影響助力器的工作性能。②良好的形變能力。反作用盤的材質(zhì)和形狀要有利于反作用盤的形變。在本章節(jié)的研究?jī)?nèi)容中，除了闡述真空助力器的基本原理之外，還提出一些新的十分重要的原理和概念，而這些概念和原理在現(xiàn)有文獻(xiàn)中尚未論述。下面，將本章的結(jié)論總結(jié)如下：1. 提出了真空助力器控制閥口三個(gè)平衡位置的概念，這對(duì)于理解下章中一些性能參數(shù)的計(jì)算有著重要的作用。2. 提出了真空助力器控制閥口三個(gè)平衡位置之間動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換的原理，這個(gè)原理對(duì)真空助力器的密封性提出了更高的要求。3. 提出并詳細(xì)闡述了真空助力器的初始平衡位置和最后平衡位置的概念。 這兩個(gè)平衡位置是由于核心尺寸鏈采用間隙配合產(chǎn)生的結(jié)果，在兩個(gè)平衡位置處的跳躍值大小的不同是控制閥的真空閥口和空氣閥口處的存在著形變量而產(chǎn)生。，以及彈性體可以通過形變來補(bǔ)償間隙配合的特性。這兩個(gè)特性是真空助力器具有良好控制線形比例關(guān)系的能力及在任意位置可以形成穩(wěn)定平衡這一最為基本而關(guān)鍵的原理，只有理解了這個(gè)原理才可以真正了解真空助力器是如何工作的。，反作用盤的材質(zhì)越軟，其形狀越有利于產(chǎn)生形變，對(duì)提高真空助力器的工作性能越有好處。，在能夠保持密封的情況下，使得空氣閥口和真空閥口處產(chǎn)生的密封所需要的形變量越小，對(duì)提高真空助力器的工作性能指標(biāo)就越有好處。第3章汽車真空助力器的性能參數(shù)計(jì)算真空助力器的性能參數(shù)在一定程度上反映的是助力器的性能，在現(xiàn)有的技術(shù)要求中對(duì)一些性能參數(shù)的數(shù)值范圍有明確而嚴(yán)格的要求。但是，在本課題的研究過程中，發(fā)現(xiàn)一些性能參數(shù)的計(jì)算公式尚沒有計(jì)算公式可以依據(jù)，也沒有一本完整的真空助力器的設(shè)計(jì)手冊(cè)可供參考，生產(chǎn)廠家只能通過實(shí)驗(yàn)不斷的調(diào)整來獲取一些必要的性能參數(shù)。同時(shí)，發(fā)現(xiàn)更為嚴(yán)重的問題是：在各文獻(xiàn)中，關(guān)于不同結(jié)構(gòu)的控制閥并沒有明確的定義。對(duì)于不同結(jié)構(gòu)的控制閥總成，在始動(dòng)力、系統(tǒng)始動(dòng)力（新定義的一個(gè)概念）、釋放力的計(jì)算方法上是完全不同的。因此，不同結(jié)構(gòu)的控制閥應(yīng)有相應(yīng)的計(jì)算公式來計(jì)算。本章將根據(jù)現(xiàn)有控制閥的結(jié)構(gòu)的不同，分別定義兩種不同結(jié)構(gòu)的控制閥，并推導(dǎo)出與其相關(guān)的性能參數(shù)公式。本章中，首先將推導(dǎo)出在設(shè)計(jì)合理的助力器在正常工作狀態(tài)下的性能參數(shù)公式。這里所提到的合理和正常的概念是指：保證核心尺寸鏈的配合是間隙配合，同時(shí)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上滿足各處的密封技術(shù)要求，特別是在控制閥口處的密封性能。真空助力器的核心尺寸鏈在間隙配合狀態(tài)下的計(jì)算公式與非間隙配合狀態(tài)下的計(jì)算公式是完全不同的。其中，非間隙配合的助力器的各性能參數(shù)計(jì)算的參照公式、性能參數(shù)變化的原因及在特性曲線上的反映也將在本章節(jié)和其它章節(jié)做必要的闡述。真空助力器在工作狀態(tài)下輸入力與輸出力的總體關(guān)系符合如下公式：（31）式中， 為助力器的輸入力； 為助力器的輸出力； 為助力器的應(yīng)用氣室真空度； 為助力器的真空氣室真空度； 為助力器膜片的有效面積； 為助力器活塞體的回位彈簧的抗力。特別注意的是， 被稱為有效伺服力，它是助力器伺服力與助力器活塞體回位彈簧裝配預(yù)緊力之間的一個(gè)差值。是耗費(fèi)伺服力資源的一個(gè)因素。因此，在能夠充分保證助力器活塞體在自然狀態(tài)下與后殼體能緊密接觸，同時(shí)在裝配過程中的密封檢驗(yàn)時(shí)能夠保證在助力器卸載后使活塞體迅速復(fù)位的情況下，助力器的活塞體回位彈簧抗力應(yīng)被設(shè)計(jì)的盡可能的小些。這樣做可以減少伺服力資源的消耗，同時(shí)又方便真空助力器的裝配。由于反作用盤的材質(zhì)有要求受力表面各處壓強(qiáng)相等的屬性，所形成的助力器的總體力學(xué)另一個(gè)關(guān)系式為，（32）式中， 為反作用盤的主面面積； 為反作用盤的副面面積或簡(jiǎn)化為：為伺服比，即反作用盤的副面面積與主面面積的比值這是彈性體帶來的線形關(guān)系的核心屬性，正是這個(gè)屬性實(shí)現(xiàn)了真空助力器的輸入力和輸出力之間的線形關(guān)系。[8]控制閥總成結(jié)構(gòu)的不同會(huì)引起助力器的特性曲線性能參數(shù)的不同。在課題的研究過程中，在現(xiàn)有的文獻(xiàn)中，尚未查到相關(guān)的定義或說明?，F(xiàn)在，按其結(jié)構(gòu)的不同將控制閥分為疊加式和復(fù)合式兩種，并做如下定義：復(fù)合式的控制閥總成是指控制閥彈簧一端作用于控制閥皮碗，另一端作用于控制閥推桿上的控制閥總成，如圖31所示。圖 31 復(fù)合式控制閥總成疊加式的控制閥總成是指控制閥彈簧一端作用于控制閥皮碗，另一端作用于控制閥卡座上，而不作用于控制閥推桿的控制閥總成，如圖32所示。圖 32 疊加式控制閥總成 真空助力器的性能參數(shù)的計(jì)算真空助力器的性能參數(shù)有：始動(dòng)力、系統(tǒng)始動(dòng)力、釋放力、跳躍值以及滯后率等。不是每個(gè)性能參數(shù)都可以計(jì)算出來，有的性能參數(shù)由于涉及的因素很多，只能通過實(shí)驗(yàn)來得到具體數(shù)值。查閱現(xiàn)有的文獻(xiàn)中，只有曾留學(xué)日本的學(xué)者方泳龍?jiān)谖墨I(xiàn)[41]中，對(duì)真空助力器的性能參數(shù)作過一定的推導(dǎo)和運(yùn)算。 真空助力器的始動(dòng)力助力器的始動(dòng)力的定義為：當(dāng)制動(dòng)真空助力器產(chǎn)生輸出力時(shí)的最小輸入力被稱為助力器的始動(dòng)力。對(duì)于單閥體助力器, 在助力器的升壓過程中，合理的工作狀態(tài)下（間隙配合）的始動(dòng)力是：對(duì)于復(fù)合式控制閥總成（33）這個(gè)公式與文獻(xiàn)[41]中的471相比較，除了字母的表示方法有所區(qū)別之外，其內(nèi)容是完全一致的（注：文獻(xiàn)中可能打印有誤，將公式471定義為跳躍力的公式，這顯然是個(gè)錯(cuò)誤）。但該文獻(xiàn)中沒有給出疊加式控制閥總成的始動(dòng)力公式，現(xiàn)提出疊加式控制閥總成的始動(dòng)力公式：對(duì)于疊加式控制閥總成：（34）為助力器的始動(dòng)力； 為發(fā)動(dòng)機(jī)在建立初始平衡狀態(tài)下壓差，，原因是建立初始平衡位置時(shí)，伺服力已經(jīng)產(chǎn)生，空氣氣室已經(jīng)進(jìn)入少量氣體； 為控制閥推桿所受控制閥推桿回位彈簧的臨界抗力； 為控制閥推桿所受控制閥彈簧的臨界抗力； 為活塞體柄部的內(nèi)徑面積。由上述的公式可以看出，在真空能（或氣壓差）的輔助下，始動(dòng)力的值基本上等于輸入力能夠克服彈簧抗力打開控制閥的空氣閥口的力的大小。因此，只要需要克服的相關(guān)的