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0目 錄摘 要 1ABSTRACT.20 引言 41 設(shè)計(jì)要求 52 助力器總成的選擇 63 真空助力器類型的選擇 73.1 傳統(tǒng)真空助力器 .73.2 ADAM 助力器 .114 制動(dòng)主缸類型的選擇 144.1 補(bǔ)償孔式 TMC .154.2 中心閥 TMC .154.3 PLUNGER 式 TMC 175 設(shè)計(jì)方案 186 真空助力器的設(shè)計(jì) 206.1 助力器設(shè)計(jì)中幾個(gè)關(guān)鍵的力的計(jì)算 .206.2 助力器理論特性曲線的繪制 .276.3 真空助力器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .2817 制動(dòng)主缸的設(shè)計(jì) 297.1 制動(dòng)主缸的原理和結(jié)構(gòu) .307.2 公差分析 .307.3 彈簧設(shè)計(jì) .347.4 制動(dòng)主缸缸體設(shè)計(jì)的要點(diǎn) .397.5 制動(dòng)主缸缸體的三維模型設(shè)計(jì) .408 真空助力器/制動(dòng)主缸存在的問題與解決方案 .439 結(jié)論 45參考文獻(xiàn) 46附 錄 48譯 文 70原文說明 83致 謝 840摘 要隨著我國國民經(jīng)濟(jì)穩(wěn)健快速的發(fā)展，汽車工業(yè)出現(xiàn)了蓬勃發(fā)展的大好勢(shì)頭。同時(shí)由于人民的物質(zhì)生活水平也在不斷提高，汽車進(jìn)入家庭的速度也在以驚人的速度增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，有些地區(qū)轎車市場私人購車比例已超過 70％。為了在激烈的市場競爭中增強(qiáng)自主品牌自身競爭力，上汽制造設(shè)計(jì)研發(fā)了 AA 緊湊型家用轎車。本設(shè)計(jì)就是專門為其設(shè)計(jì)一套合適的真空助力器與制動(dòng)主缸總成。真空助力器在整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)中起著非常重要的作用，其利用大氣壓與發(fā)動(dòng)機(jī)真空源之間的壓力差，在制動(dòng)中增大踏板力。制動(dòng)主缸的主要作用是將助力器推桿輸出力轉(zhuǎn)化成液壓壓力，因此對(duì)主缸的基本要求是能夠承受足夠的壓力和維持良好的密封性。文章主要介紹了 SAA 真空助力器與制動(dòng)主缸的設(shè)計(jì)過程，從開發(fā)背景到設(shè)計(jì)要求再到設(shè)計(jì)方案的確定的整個(gè)過程。同時(shí)詳細(xì)敘述了助力器的起始力、回復(fù)力、和皮膜回位彈簧力等重要參數(shù)的計(jì)算過程及制動(dòng)主缸的公差計(jì)算和活塞彈簧選擇計(jì)算。最后描述了主要零件的設(shè)計(jì)過程。關(guān)鍵詞：真空助力器，真空閥，空氣閥，制動(dòng)主缸，行程1The Design of SAA Vacuum Booster and Brake Master CylinderABSTRACTWith the stable and rapid development of our national economy, the good trend of flourishing appears in automobile industry. Meanwhile, because of the improvement of people’s material life, automobile is coming into family at an surprising speed. According to the statistics, the proportion of buying private car is more than seventy percent in some auto markets. To enhance the competitiveness of local brand in the fierce market competition, SAIC Motor research and develop a small car, named AA. The project is just to design a suitable booster and brake master cylinder assembling.Vacuum boosters play a very important role in brake system. Utilizing the different pressure between air and vacuum source of engine, it can increase the pedal effort during braking. The major function of brake master cylinder is to transform pushing rod effort to hydraulic effort. So, brake master cylinders are required to bear high pressure and maintain good pressurizing. The article is mainly about the whole process of the project, from design background, design requirement to the blue print of the design. The important parameter in booster such as cut in force, restoring force, and booster spring force are calculated in it. The tolerance calculation of brake master cylinder and the 2choice of piston spring are introduced in the article. I describe the design process of major part in the last part. Key words: vacuum booster, air valve, vacuum valve, brake master cylinder, stroke3SAA 真空助力器與制動(dòng)主缸的設(shè)計(jì)唐佳福 0611031090 引言隨著我國國民經(jīng)濟(jì)穩(wěn)健快速的發(fā)展，汽車工業(yè)出現(xiàn)了蓬勃發(fā)展的大好勢(shì)頭。2003 年我國汽車產(chǎn)銷量雙雙突破 400 萬輛，銷量超過德國成為世界第三大汽車銷售國。同年我國轎車產(chǎn)量首次突破 200 萬輛，達(dá)到201.89 萬輛，銷售達(dá)到 197.16 萬輛，分別增長 83％和 75％。與 1999 年相比，2003 年轎車的產(chǎn)銷量增長 10 多倍，可見轎車發(fā)展態(tài)勢(shì)之迅猛。同時(shí)由于人民的物質(zhì)生活水平也在不斷提高，汽車進(jìn)入家庭的速度也在以驚人的速度增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，有些地區(qū)轎車市場私人購車比例已超過 70％。可以看出，我國轎車消費(fèi)開始從商務(wù)用車階段跨入私人用車階段，轎車進(jìn)入消費(fèi)成長期的速度加快。我國老牌緊湊型家用轎車生產(chǎn)企業(yè)主要有上海大眾、一汽大眾、上海通用、一汽轎車、廣州本田、北京現(xiàn)代等，雖然企業(yè)間的競爭相當(dāng)激烈，但是由于緊湊型家用轎車市場容量整體放大， “蛋糕” 增大，所以還是具有廣闊的市場前景。為了增強(qiáng)自主品牌自身競爭力，在緊湊型家用轎車這一細(xì)分市場中分得一杯羹，上汽制造設(shè)計(jì)研發(fā)了 AA 緊湊型家用轎車。本設(shè)計(jì)就是專門為其設(shè)計(jì)一套合適的這助力器總成。SAA 真空助力器總成由標(biāo)準(zhǔn)型真空助力器和中心閥式制動(dòng)主缸組成。真空助力器的直徑為 9 英寸，厚度小于 95 毫米，最大的輸出力為 43004牛；制動(dòng)主缸的內(nèi)徑為 22.2 毫米，第一腔和第二腔的行程分別為 20.8和 21.2 毫米，主缸總長度小于 122 毫米。因?yàn)檎婵罩ζ?、制?dòng)主缸的尺寸、行程等參數(shù)都是系列化的，SABS 以 06.9377－6031.4 和 03.2122-1960.3 分別作為真空助力器和制動(dòng)主缸的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，研發(fā) SAA 真空助力器與制動(dòng)主缸總成。1 設(shè)計(jì)要求該車?yán)^承了英國品牌的傳統(tǒng)特征——高貴、典雅、紳士、品味、執(zhí)著、進(jìn)取、永恒，擁有了成為經(jīng)典的資本。AA 采用全新的設(shè)計(jì)理念，內(nèi)在沉穩(wěn)、外形時(shí)尚，以“英系高性能轎車 ”為產(chǎn)品定位，以“生為強(qiáng)者”為品牌個(gè)性，以有品位的小資產(chǎn)階級(jí)為目標(biāo)消費(fèi)群。AA 擁有卓越的安全性、超凡的動(dòng)力和操控性以及沉穩(wěn)而時(shí)尚的外形三大顯著特征，無論是制造工藝，設(shè)計(jì)理念，還是安全性、動(dòng)力操控等方面都領(lǐng)先于同級(jí)車型，諸多技術(shù)細(xì)節(jié)甚至達(dá)到了豪華車的水準(zhǔn)。為了符合這樣的產(chǎn)品定位，與本車所匹配的助力器總成要使整個(gè)制動(dòng)系滿足以下要求：1) 具有足夠的制動(dòng)效能。2) 工作可靠。行車制動(dòng)裝置至少要有兩套獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)制動(dòng)器的管路，當(dāng)其中一套管路失效時(shí)，另外一套完好的管路應(yīng)保證汽車制動(dòng)能力不低于沒有失效時(shí)規(guī)定值的 30%。3) 在任何速度下制動(dòng)時(shí)，汽車都不應(yīng)喪失操縱性和方向穩(wěn)定性。4) 操作輕便，并具有良好的隨動(dòng)性。55) 作用滯后性盡可能好。作用滯后性是指制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間，以制動(dòng)踏板開始動(dòng)作至達(dá)到給定的制動(dòng)效能所需的時(shí)間來評(píng)價(jià)。6) 摩擦副磨損后，應(yīng)有能消除因磨損而產(chǎn)生間隙的機(jī)構(gòu)，且調(diào)整間隙工作容易，最好設(shè)置自動(dòng)調(diào)整間隙機(jī)構(gòu)。7) 當(dāng)制動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的任何元件發(fā)生故障并使其基本功能遭到破壞時(shí)，汽車制動(dòng)系應(yīng)有音響或光信號(hào)等報(bào)警提示。為了滿足對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的要求和客戶對(duì)真空助力器與制動(dòng)主缸總成的具體參數(shù)，SABS 需要借助公司現(xiàn)有產(chǎn)品的系列，重新開發(fā)設(shè)計(jì)一套真空助力器與制動(dòng)主缸總成。2 助力器總成的選擇對(duì)于制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，一般可分為動(dòng)力助力和伺服助力兩大類。動(dòng)力助力即利用發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力轉(zhuǎn)化而成，并表現(xiàn)為氣壓或液壓形式的勢(shì)能作為汽車制動(dòng)的全部力源。駕駛員施加于踏板或手柄上的力，僅用于回路中控制元件的操縱。因此，簡單制動(dòng)中的踏板力和踏板行程之間的反比例關(guān)系在動(dòng)力制動(dòng)中便不復(fù)存在，從而可使踏板力較小，同時(shí)又有適當(dāng)?shù)奶ぐ逍谐?。各種形式的動(dòng)力制動(dòng)在動(dòng)力系統(tǒng)失效時(shí)，制動(dòng)作用即全部喪失。伺服助力的制動(dòng)能源是人力和發(fā)動(dòng)機(jī)并用。正常情況下，起輸出工作壓力主要由動(dòng)力伺服系統(tǒng)產(chǎn)生；在伺服系統(tǒng)失效時(shí)，還可以全靠人力驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)，以產(chǎn)生一定程度的制動(dòng)力。因此，從排量 1.6L 以上的乘用車到各種商務(wù)車，都廣泛采用伺服制動(dòng)。6因?yàn)閷?duì)于 AA 轎車，若用簡單制動(dòng)則要求較大的踏板力，容易導(dǎo)致駕車疲勞，不能滿足舒適性要求，故不予考慮。在動(dòng)力制動(dòng)和伺服制動(dòng)之間，因?yàn)?AA 為緊湊型轎車，若采用動(dòng)力制動(dòng)有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量大、成本高的缺點(diǎn)，此外還有萬一動(dòng)力系統(tǒng)失效，制動(dòng)作用全部消失致命缺點(diǎn)，所以也不符合要求。綜合考慮還是伺服制動(dòng)比較適用。按伺服力源不同，伺服制動(dòng)有真空伺服制動(dòng)、空氣伺服制動(dòng)和液壓伺服制動(dòng)三類。真空伺服制動(dòng)的伺服用真空度一般可達(dá) 0.05~0.07MPa，空氣伺服制動(dòng)的伺服氣壓一般能達(dá) 0.6~0.7 MPa,故在輸出力相同的條件下,空氣伺服氣室的直徑比真空伺服氣室的小得多。但是，空氣伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)卻較真空伺服系統(tǒng)復(fù)雜得多?？紤]到整車整體布置緊湊，且整車質(zhì)量不大，真空助力器足以提供助力，故采用真空伺服制動(dòng)系統(tǒng)。3 真空助力器類型的選擇真空助力器的主要作用是制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生助力。它利用發(fā)動(dòng)機(jī)將助力器的前、后兩個(gè)工作室都抽為一定的真空（一般為 0.8bar）,當(dāng)需要制動(dòng)時(shí)，踏板推動(dòng)推桿向前運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，空氣可以進(jìn)入助力器后工作室。這樣，助力器前、后兩室產(chǎn)生一定的壓力差，從而產(chǎn)生制動(dòng)所需的助力。3.1 標(biāo)準(zhǔn)型真空助力器目前轎車上廣泛使用的是標(biāo)準(zhǔn)型真空助力器。下面以桑塔納 2000 型轎車的標(biāo)準(zhǔn)型真空助力器為例進(jìn)行說明。其結(jié)構(gòu)形式如圖 3.1 所示。7圖 3.1 標(biāo)準(zhǔn)型真空助力器結(jié)構(gòu)示意圖其工作過程可以分為以下幾個(gè)階段：1.非工作狀態(tài)如圖 3.2，此時(shí)在推桿上沒有輸入力，由于回位彈簧的推力使控制組件處于最右端，控制閥體和空氣閥分別在接觸面 1 和接觸面 2 與擋銷接觸。在這個(gè)位置，控制閥體的密封邊和氣閥組件之間可以存在約 0.2mm的間隙，而空氣閥和氣閥組件之間的密封可以阻止空氣進(jìn)入助力器。圖 3.2 非工作位置的控制組件82.動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)如圖 3.3 所示，推桿輸入力推動(dòng)空氣閥向左運(yùn)動(dòng)，空氣閥和氣閥組件之間的密封 1 被打開一個(gè)間隙，空氣進(jìn)入助力器的右工作室，而氣閥組件彈簧推動(dòng)氣閥組件向左運(yùn)動(dòng)，而使得空氣閥和氣閥組件之間的間隙封閉。助力器內(nèi)部的壓力差使控制閥體向左運(yùn)動(dòng)，密封面 1 重新被關(guān)閉。這樣助力器控制組件處于一種臨界狀態(tài) ，輸出力 將隨著輸入力 的AFEF增加或降低而相應(yīng)地增加或降低。圖 3.3 動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)的控制組件3.最大助力狀態(tài)如圖 3.4，最大助力狀態(tài)是指助力器本身的助力達(dá)到最大狀態(tài)。超出最大助力狀態(tài)（即最大助力點(diǎn)）后，推桿輸入力的增加被 1：1 的反應(yīng)到頂桿輸出力（忽略微小的機(jī)械損失） ，助力器將不再助力。為達(dá)到最大助力狀態(tài)，推桿輸入力必須增加, 直到助力器后工作室完全充滿大氣壓?？諝忾y將向左移動(dòng)到位置 4 而頂上控制閥體。此時(shí)密封面 2 關(guān)閉。9圖 3.4 最大助力狀態(tài)4.恢復(fù)狀態(tài)如圖 3.5，恢復(fù)狀態(tài)是指在臨界狀態(tài)或最大助力狀態(tài)時(shí)，推桿輸入力減少,控制組件回復(fù)到初始位置。當(dāng)推桿的輸入力 降低時(shí)，回位彈簧力 推動(dòng)空氣閥返回到密封面EFRF1 位置，使得空氣閥與控制閥體的密封面 2 打開，助力器工作室中的大氣被抽成真空。當(dāng)控制閥體向右運(yùn)動(dòng)到正常位置時(shí)，擋銷與位置 3 后殼體接觸，控制閥體在接觸面 2 與擋銷接觸而停止運(yùn)動(dòng)，助力器恢復(fù)到非工作狀態(tài)。圖 3.5 恢復(fù)狀態(tài)中的控制組件103.2 ADAM 助力器ADAM (Advanced Dynamic Aid Mechanism)真空助力器是一種機(jī)械式主動(dòng)助力器，它具有電子式主動(dòng)助力器的緊急制動(dòng)功能。ADAM 真空助力器改進(jìn)了控制閥體內(nèi)部零件結(jié)構(gòu)，使得在緊急制動(dòng)時(shí)，助力在很短時(shí)間內(nèi)幾乎垂直上升。在正常制動(dòng)（非緊急制動(dòng)）時(shí)，ADAM 真空助力器具有標(biāo)準(zhǔn)助力器的功能。ADAM 真空助力器的結(jié)構(gòu)如圖 3.6 所示。圖 3.6 ADAM 真空助力器結(jié)構(gòu)示意圖除了 ADAM 功能切換的控制組件結(jié)構(gòu)不同外，其它零件，如控制閥體、推桿、推桿回位彈簧、前殼體等零件與標(biāo)準(zhǔn)型真空助力器結(jié)構(gòu)沒有區(qū)別。ADAM 真空助力器的緊急制動(dòng)功能與標(biāo)準(zhǔn)型真空助力器的正常制動(dòng)功能完美地結(jié)合在一起，對(duì)正常制動(dòng)功能沒有任何不良影響。下面以上海大眾帕薩特的 ADAM 真空助力器為例，介紹其工作過程。111.ADAM 真空助力器的正常制動(dòng)功能圖 3.7 是 ADAM 真空助力器的正常制動(dòng)功能工作示意圖。當(dāng)處于正常制動(dòng)功能時(shí)，推桿的運(yùn)動(dòng)速度較慢，此時(shí)控制閥體和空氣閥之間的相對(duì)位移也較小，緊急制動(dòng)功能控制組件中的鋼珠支架、鋼珠導(dǎo)向套、鎖緊套以及鋼珠的相對(duì)位置如圖所示。此時(shí)，鋼珠導(dǎo)向套、鋼珠支架、鎖緊套等零件之間可以在軸向自由相對(duì)運(yùn)動(dòng)，鋼珠也可以在鋼珠導(dǎo)向套的斜面、沿徑向和軸向自由移動(dòng)，ADAM 真空助力器緊急制動(dòng)功能沒有被啟動(dòng)，助力器的工作過程與標(biāo)準(zhǔn)型真空助力器的正常制動(dòng)過程相同。圖 3.7 ADAM 真空助力器的正常制動(dòng)功能工作示意圖2.ADAM 真空助力器的輔助緊急制動(dòng)功能圖 3.8 是 ADAM 真空助力器的緊急制動(dòng)功能工作示意圖。ADAM 真空助力器緊急制動(dòng)功能觸發(fā)條件是緊急制動(dòng)時(shí)推桿的輸入功率 P。推桿的輸入功率 P＝推桿的移動(dòng)速度 [mm/s] ×推桿的輸入力[N]。12在緊急制動(dòng)情況下，推桿的運(yùn)動(dòng)速度較快，從而帶動(dòng)空氣閥、鋼珠導(dǎo)向套、鋼珠支架和鋼珠快速向左運(yùn)動(dòng)，此時(shí)鎖緊套運(yùn)動(dòng)速度較慢，ADAM真空助力器緊急制動(dòng)功能組件之間的相對(duì)位置變?yōu)槿鐖D 3.8 所示的情況，在這種情況下，該組件將變?yōu)殒i緊狀態(tài)。推桿上的輸入力傳遞將不再是通過壓塊到反饋盤，再到頂桿等傳統(tǒng)的正常制動(dòng)工作狀態(tài)，推桿輸入力將直接作用在空氣閥、鋼珠導(dǎo)向套、鋼珠等功能控制組件上，這樣導(dǎo)致控制組件快速向前運(yùn)動(dòng)，控制閥體也隨著快速運(yùn)動(dòng)，控制閥體與氣閥組件之間迅速較大的打開，空氣很快的充滿工作腔，使得 ADAM 真空助力器幾乎馬上達(dá)到最大助力狀態(tài)。圖 3.8 ADAM 真空助力器的緊急制動(dòng)功能工作示意圖3.ADAM 真空助力器緊急制動(dòng)的釋放如圖 3.9 所示，完成緊急制動(dòng)后，推桿的輸入力減小，推桿、空氣閥等向右（非制動(dòng)位置）移動(dòng)，空氣閥與控制氣閥組件接觸，關(guān)閉了大氣向助力器工作腔流動(dòng)，而控制閥體與控制氣閥組件之間處于打開狀態(tài)，13真空源將對(duì) ADAM 真空助力器抽真空。當(dāng)推桿、空氣閥向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，擋銷很快就可以碰到后殼體而停止，這樣鎖緊套也將隨之停止運(yùn)動(dòng)。由于慣性關(guān)系和彈簧力作用，其它的緊急制動(dòng)功能組件繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，緊急制動(dòng)組件的鎖緊狀態(tài)也就自動(dòng)解開。鎖緊套由緊急制動(dòng)的鎖緊狀態(tài)恢復(fù)到非鎖緊狀態(tài)所需的力最大為20N。圖 3.9 ADAM 真空助力器的緊急制動(dòng)功能釋放雖然 ADAM 真空助力器具有緊急制動(dòng)的功能，但是其結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，尺寸相對(duì)較大，成本也比較高，由本車的定位決定沒有必要使用。而標(biāo)準(zhǔn)型真空助力器成本比較低，結(jié)構(gòu)也較簡單，重要地是它尺寸小，更適合緊湊型家庭轎車發(fā)動(dòng)機(jī)艙的布置，所以選用標(biāo)準(zhǔn)型真空助力器更為合理。144 制動(dòng)主缸類型的選擇目前汽車制動(dòng)系統(tǒng)都要求有兩套獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)制動(dòng)器的管路，因此基本上都采用串聯(lián)式制動(dòng)主缸。串聯(lián)式制動(dòng)主缸（Tandem Master Cylinder）與 Booster 相連接，其作用是把 Booster 輸出力轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤毫?，并提供可靠的液壓和容積平衡。串聯(lián)式制動(dòng)主缸的類型與內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，大致可以劃分為三類：補(bǔ)償孔式 TMC、中心閥式 TMC、Plunger TMC。4.1 補(bǔ)償孔式 TMC普通桑塔納非 ABS 車型采用補(bǔ)償孔式 TMC。如圖 4.1 所示，在非制動(dòng)狀態(tài)下，密封圈處在補(bǔ)償孔的右邊，主缸工作腔中沒有壓力。當(dāng)開始制動(dòng)時(shí)，活塞連同密封圈一起向前移動(dòng)，當(dāng)密封圈剛好通過補(bǔ)償孔時(shí)，主缸和儲(chǔ)液罐之間的液體連接被切斷，主缸工作腔中建立了工作壓力，如圖 4.2 所示。隨著液體變形量的增加，液體內(nèi)部壓力逐漸增加，但是在制動(dòng)鉗控制制動(dòng)前，主缸液體壓力依然處于低壓狀態(tài)。這種相對(duì)低壓狀態(tài)可以減小密封圈通過補(bǔ)償孔時(shí)的機(jī)械磨損。為了同樣的目的，補(bǔ)償孔的直徑都比較小，典型設(shè)計(jì)為 0.7mm。圖 4.1 非制動(dòng)狀態(tài)下密封圈的位置 圖 4.2 密封圈剛好通過補(bǔ)償孔位置154.2 中心閥 TMC在非制動(dòng)狀態(tài)和活塞的復(fù)位狀態(tài)，中心閥都處于打開狀態(tài)，制動(dòng)液可以在儲(chǔ)液罐和制動(dòng)主缸之間自由流動(dòng)。圖 4.3 所示為別克凱越的中心閥 TMC 結(jié)構(gòu)，其中的密封件基體為金屬，外面包著橡膠，在兩側(cè)，橡膠比金屬基體凸出 0.2mm。在制動(dòng)時(shí)，主缸工作腔的壓力升高，密封件與活塞緊密接觸，橡膠部分可以封住活塞上的孔，隨著液體壓力升高，橡膠變形加大，密封件的金屬基體與活塞接觸，防止橡膠部分進(jìn)一步變形、損壞。這種結(jié)構(gòu)的中心閥結(jié)構(gòu)，最高可以承受 80bar 的正常工作壓力。在活塞復(fù)位時(shí)，在制動(dòng)液壓力作用下，密封件自動(dòng)地打開，制動(dòng)液可以自由流動(dòng)。圖 4.3 別克凱越的中心閥 TMC 結(jié)構(gòu)對(duì)于雙中心閥式制動(dòng)主缸而言，兩個(gè)活塞可以同時(shí)開始工作，也可以先后依次開始工作。如圖 4.4 所示一個(gè) TMC 示意圖，當(dāng)主缸中的兩根回位彈簧的剛度一樣時(shí)，制動(dòng)時(shí)兩個(gè)活塞同時(shí)開始動(dòng)作；當(dāng)彈簧 1 的剛度大時(shí)，活塞 2 先開始工作，當(dāng)?shù)诙坏膲毫ι仙酱笥诘谝粡椈傻目沽r(shí)，第一活塞開始動(dòng)作。反之，原理相同。16圖 4.4 中心閥 TMC 彈簧剛度與活塞開始工作次序4.3 Plunger 式 TMC如圖 4.5 所示，沒有了中心閥，使得活塞內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得簡單，而主缸中的兩根彈簧深陷在活塞中，節(jié)約了主缸軸向長度。圖 4.5 Plunger TMC 的結(jié)構(gòu)形式儲(chǔ)液罐和主缸腔內(nèi)的制動(dòng)液連通和斷開與補(bǔ)償孔類似，但是制動(dòng)液17的連通和斷開不是靠橡膠件位置移動(dòng)實(shí)現(xiàn)，而是由活塞上的徑向孔與缸體上的孔的連通與相互錯(cuò)位實(shí)現(xiàn)的，如圖 4.6 所示（主缸第二回路） 。圖 4.6 Plunger TMC 補(bǔ)償孔部分工作示意圖在制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，活塞向前運(yùn)動(dòng)，當(dāng)活塞躍過空行程后，缸體腔內(nèi)壓力升高，使得橡膠件 7 變形，把圖 4.6 中所示的孔和間隙封閉，切斷缸體內(nèi)和儲(chǔ)液罐之間的制動(dòng)液流動(dòng)。Plunger 式 TMC 的顯著特點(diǎn)就是軸向距離短，適用于發(fā)動(dòng)機(jī)艙空間小的車型。但由于目前國內(nèi)沒有生產(chǎn)線，價(jià)格較貴，很少用在國產(chǎn)緊湊型家用轎車上。另外，在補(bǔ)償孔式制動(dòng)主缸中，每次制動(dòng)時(shí)，橡膠密封圈都要經(jīng)過補(bǔ)償孔，容易造成橡膠密封圈的磨損，并且不易保證橡膠密封圈在低壓狀態(tài)通過補(bǔ)償孔，尤其在 ABS 制動(dòng)系統(tǒng)中。而中心閥式制動(dòng)主缸由于去掉了補(bǔ)償孔式制動(dòng)主缸的補(bǔ)償孔，供油方式改為中心閥式，解決了 ABS 系統(tǒng)所需的快速補(bǔ)油和皮碗“絕對(duì)”密封和高頻“振動(dòng)”等在傳統(tǒng)補(bǔ)償孔式主缸無法解決的技術(shù)難題，且工作耐久性可達(dá) 100 萬次。因此，SABS 選用中心閥式制動(dòng)主缸。185 設(shè)計(jì)方案經(jīng)過以上分析，決定選用標(biāo)準(zhǔn)型真空助力器和中心閥式制動(dòng)主缸組成 SAA 助力器總成。Booster、TMC 的尺寸、行程等參數(shù)都是系列化的，在滿足客戶要求的前提下，盡量減小重復(fù)設(shè)計(jì)的工作量。客戶要求 booster 直徑為 9 英寸，長度小于 95 毫米，最大輸出力為4300N，和 SABS 06.9377－6031.4 產(chǎn)品的參數(shù)相近，因此就以其為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在設(shè)定助力比、制動(dòng)啟動(dòng)力、回復(fù)力、回位彈簧抗力等參數(shù)時(shí)，要在現(xiàn)有成熟產(chǎn)品的參數(shù)基礎(chǔ)上，結(jié)合客戶的要求進(jìn)行取值，然后校核，最后根據(jù)整車參數(shù)，進(jìn)行整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)的模擬，再做優(yōu)化。SABS 參考了目前成熟的六款緊湊型家用轎車助力器的助力比數(shù)值，發(fā)現(xiàn)其范圍大致在 4.5～6 之間，結(jié)合客戶的要求，把其定為 5.5，同樣再確定其他的參數(shù)，再做校核，最后進(jìn)行制動(dòng)系統(tǒng)的模擬試驗(yàn)，如不理想再進(jìn)行優(yōu)化?？蛻粢?TMC 的內(nèi)徑 22.2mm，第一腔和第二腔的行程分別為 20.8和 21.2mm，主缸總長度小于 122mm，和 SABS 03.2122－1960.3 TMC 產(chǎn)品的參數(shù)相近，但要把主缸總長度減短。減短長度的前提是確保制動(dòng)主缸的有效行程和空行程不變。然后要進(jìn)行尺寸鏈計(jì)算，保證制動(dòng)主缸和真空助力器總成沒有任何運(yùn)動(dòng)干涉。確定各參數(shù)后，繪制各零件的零件圖紙、真空助力器總成圖紙和制動(dòng)主缸總成圖紙。接著進(jìn)行樣件試制和實(shí)驗(yàn)，并交付客戶認(rèn)可。認(rèn)可合19格之后，允許進(jìn)行小批量生產(chǎn)。6 真空助力器的設(shè)計(jì)真空助力器在整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)中起著非常重要的作用，它通過發(fā)動(dòng)機(jī)的真空源抽真空，利用大氣壓與真空之間的壓力差，在制動(dòng)中增大踏板力。6.1 助力器設(shè)計(jì)中幾個(gè)關(guān)鍵的力的計(jì)算1.起始力在助力器的初始狀態(tài)，由于推桿回位彈簧的作用，空氣閥口是關(guān)閉的，要使頂桿有輸出力，必須在推桿上施加一個(gè)起始力 ，使其克服推AF桿回位彈簧的抗力和真空壓力。起始力的定義：使頂桿有輸出力所需的推桿的輸入力，符號(hào)為 。A如圖 6.1 所示。圖 6.1 助力開始時(shí)推桿的受力示意圖按公式 6.1 計(jì)算。KRF20…………………………（6.1）??????????RLeieinormalFiKR x)(:mnnax— 推桿回位彈簧在助力器初始位置時(shí)的彈簧力，N ；— 推桿回位彈簧在助力器初始安裝位置時(shí)對(duì)應(yīng)的彈簧力，可以ei在其圖紙上得到，N;— 的極大值,N；maxFeiei— 的極小值,N；n— 推桿回位彈簧在助力器初始安裝位置時(shí)的安裝長度,mm；eiormalLR — 推桿回位彈簧的彈性系數(shù)；— 的最大值，從安裝尺寸的公差計(jì)算中得到,mm；eimaxei— 的最小值，從安裝尺寸的公差計(jì)算中得到,mm；inLi按公式 6.2 計(jì)算。pF…………………………………………………………………（6.2）PA??— 空氣閥兩側(cè)真空壓力差而產(chǎn)生的力,N；p— 空氣閥的受力面積, ；2m— 真空壓力差,bar。P真空助力器的起始力 的計(jì)算：AF由推桿回位彈簧 06.9377-1404.1，得到 N，5./63.1???Fei； mLeinoral6.17?42.6?R由公差計(jì)算，得到 。mLeimLei 7.8ax,3.1n由公式 6.1， ?????? ????NFKR 29.1064.)216.()5.6(:i 833ax由公式 6.2， P 0830214.32???21所以， NFPKRA 7.125.90min8.7ax31049.28.106:min3ax ??????????????????2.回復(fù)力在一個(gè)助力過程結(jié)束后，助力器內(nèi)的零件向著初始位置回復(fù)，達(dá)到初始位置后，此時(shí)推桿上必須有剩余的回復(fù)力 FR，以便幫助制動(dòng)踏板回位?；貜?fù)力的定義：助力器到初始位置時(shí)，推桿上的力。如圖 6.2 所示。圖 6.2 助力結(jié)束時(shí)推桿的受力示意圖按公式 6.3 計(jì)算。'KRF…………………（6.3）?????? ???? RLeiLeinormali ax)5.0(:mnnax'— 推桿回位彈簧回到回位位置時(shí)的彈簧力，N；'KRF— 推桿回位彈簧在初始安裝位置時(shí)對(duì)應(yīng)的彈簧力，可以在其圖ei紙上得到，N；— 的極大值，N； maxFeiei— 的極小值，N；n— 推桿回位彈簧在助力器初始安裝位置的安裝長度，Leiorl22mm；— 推桿回位彈簧的彈性系數(shù)；R— 的最大值，從安裝尺寸的公差計(jì)算中得到,mm；maxLeiei— 的最小值，從安裝尺寸的公差計(jì)算中得到,mm；n按公式 6.4 計(jì)算。'pF…………………………………………………………（6.4）PA??''— 由于控制氣閥組件兩側(cè)的壓力差而產(chǎn)生的真空力,N;'p— 控制氣閥組件的受力面積， ；' 2m— 真空壓力差，bar。P按公式 6.5 計(jì)算。TVF…………………（6.5）?????????? 'maxmin 'inax )5.0(:i RLLTVTVoralTnm— 控制氣閥回位彈簧在助力器初始位置時(shí)的彈簧力,N;TV， — 控制氣閥回位彈簧在初始位置的彈簧力，可以axFiTV在其圖紙上得到，N；— 推桿回位彈簧在助力器初始安裝位置的安裝長度，mm；TVnormalL’ — 控制氣閥回位彈簧的彈性系數(shù)；R， — 的最大值及最小值，從安裝尺寸的公差計(jì)算中得maxTVinTVTVL到,mm。推桿回復(fù)力的計(jì)算由推桿回位彈簧 06.9377-1404.1，得到 N，5./63.1???Fei； mLeinoral6.17?42.6?R由公差計(jì)算，得到 。mLeimLei 7.8ax,3.1n23由公式 6.3， ?????? ?????? NFKR 2.1084.6)2185.067()5.316(:min 7533ax'由公式 6.4， NP8294.' ???由控制氣閥回位彈簧，06.9377-2004.1,得到 ，F(xiàn)5.1?，4.10?L69.'R由公差計(jì)算得到 ， 。7.min1?L.1max由公式 6.5， ?????? ?????NFTV 81.69.0)15.40()5.(:i 77aTVPKR 5.342.7.2.18:in83x'' ???????3.皮膜回位彈簧力助力器一個(gè)制動(dòng)行程結(jié)束后，推桿在推桿回位彈簧作用下回位，同時(shí)帶動(dòng)空氣閥向右回位，擋銷與后殼體內(nèi)側(cè)接觸，這時(shí)推桿與空氣閥、控制氣閥的運(yùn)動(dòng)結(jié)束，到達(dá)初始狀態(tài)的位置，但是，此時(shí)控制閥體仍然需要向右的力 Fcr 的作用，使控制閥體回位到與擋銷接觸。 Fcr：使控制閥體回位的力，要求 Fcr ≥ 5N，如圖 6.3 所示。24圖 6.3 控制閥體的受力示意圖按公式 6.6 計(jì)算。minBSF……………………………………（6.6）??'1max1noral1ii RL????— 皮膜回位彈簧在初始安裝位置對(duì)應(yīng)彈簧力的最小值，N；BS— 皮膜回位彈簧在初始安裝位置時(shí)的彈簧力，在其圖紙上可以1minF得到，N；， — 皮膜回位彈簧在初始位置的安裝長度的名義值和normalL1ax1最大值，mm；— 皮膜回位彈簧的彈性系數(shù)'R— 推桿回位彈簧在助力器初始位置時(shí)的彈簧力,同（6.1）式，KFN；按公式 6.7 計(jì)算。TV……………………………（6.7）??????????'maxmin 'inax)(:i RLFTVTVoralT— 控制氣閥回位彈簧 在助力器初始位置時(shí)的彈簧力，N；TV， — 控制氣閥回位彈簧在初始位置的彈簧力，可以axiTV25在其圖紙上到，N；— 推桿回位彈簧在助力器初始安裝位置的安裝長度，mm；TVnormalL’：控制氣閥回位彈簧的彈性系數(shù)；R， — 的最大值及最小值，從安裝尺寸的公差計(jì)算中得maxTVinTVTVL到，mm。按公式 6.8 計(jì)算。VAF…………………………………………………………（6.8）P??'— 控制氣閥兩側(cè)的真空壓力差，N；VA— 助力器內(nèi)摩擦力，一般取 7～10N；frictonF— 主缸活塞兩側(cè)的壓力差，取 Φ17 的面積；PTMC— 主缸內(nèi)彈簧的剩余回復(fù)力，一般取 18N。retun控制閥體回復(fù)力的計(jì)算由皮膜回位彈簧，06.9377-5606.1，得到 ， ，NF1071??7.561?L；74.3'?R公差計(jì)算， ， 。79.56min1?L5.9max1?L由公式 6.6， NFBS 49.17.3)76()0( ????由推桿回位彈簧 06.9377-1404.1，得到 N，5/6??Fei； Leinoral6.17?42.?R由公差計(jì)算，得到 。mLeimLei 17.8ax,3.16n?NFKR 24).7()5.3(max???由控制氣閥回位彈簧，06.9377-2004.1, 得到 ，NFTV5.01??，4.10?L69.'26由公差計(jì)算得到 ， 。7.9min1?L1.max1由公式 6.7， NFTV 02.96.)40()5( ????由公式 6.8， A 74.348.02?Nfricton1?NFPTMC 15.7.348.02??retun NFFFTMCretunPfrictonVATeiBScr 17.5min???????所以， ，符合要求。517.?cr通過上述計(jì)算可見，起始力和回復(fù)力的大小與助力器內(nèi)彈簧力有直接關(guān)系，所以，可以通過調(diào)整彈簧抗力實(shí)現(xiàn)起始力、回復(fù)力的調(diào)節(jié)。4.助力比的計(jì)算助力比按公式 6.9 計(jì)算?！?.9）21DI??D1 — 反饋盤直徑，mm;D2 — 空氣閥直徑，mm。所以， 59.126???I6.2 助力器理論特性曲線的繪制如圖 6.4 所示，是助力器理論特性曲線的基本形狀和所需的基本參數(shù)。由 6.1.1 中的計(jì)算得到，制動(dòng)啟動(dòng)力為 90.57N。由 6.1.4 中的計(jì)算得到助力比為 5.59。最大助力由實(shí)驗(yàn)測得，其值為 4300N，它與真空助力器的內(nèi)徑和皮膜兩側(cè)的壓力差有關(guān)。增跳值也有實(shí)驗(yàn)測得，其值為271240N，其值由空氣閥與反饋盤間距的大小。圖 6.4 助力器理論特性曲線另外，增跳值附近的形狀是由空氣閥頂端形狀的決定的。它們之間關(guān)系如圖 6.5 所示。圖 6.5 增跳值和空氣閥頂端形狀的關(guān)系6.3 真空助力器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)焊接方式的推桿是最經(jīng)濟(jì)、可靠的結(jié)構(gòu)形式，球頭端 Φ7.054-0.158是標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，長度根據(jù)客戶對(duì)安裝尺寸要求，通過公差計(jì)算而定?？紤]