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1、标致206反馈盘式真空助力器工作原理及性能计算（二）作者：张世强文章来源：吉林汽车制动器厂点击数：303更新时间：性能计算1. 反馈盘式真空助力器的力平衡方程式根据上述的理论分析，可列出当助力器工作时处于双阀关闭”的平衡状态时的力平衡等式为：FP=FR+PO（A1 -A2）+P（A2 -A3）+（P -P0）A4 -F1（1）式（1）中FP助力器的输出力；FR阀杆输入力；PO真空腔与大气腔间的压力差；A1助力器有效作用面积；A2阀体柄部截面积；A3主缸推杆柄部截面积；A4空气阀座密封面截面积；P真空腔的真空度；F1回位簧抗力。式（1）可转化为：FP=FR+POA1+（P -P0） （A2 -A
2、4）-PA3 -F1（2）由（2）式可以看出当压力差PO增加至最大即（PO=P），阀杆输入力FR不再增加时，助力器输出力FP 达到最大助力点（见图3特性曲线1），此时的回位簧抗力为F1，则助力器在最大助力点时的力平衡等式 为：FP=FR+P（A1 -A3）-F1 （3）当真空腔的真空度P为80kPa时,则真空腔与大气腔的气压差为（080） kPa。因此，随着大气腔的真空 度的下降，大气压力作用于空气阀座产生的输入力Fk= （P -Po） A4与阀体柄部所影响的输入力也越来越 小直至下降为零达到最大助力点，其二者变化规律均为减函数。回位簧（9）抗力随着阀体前移而逐渐增加， 其变化规律为增函数。为
3、此在达到助力点之前，如果将上述互为反函数的变化值视为近似相等时，则回位 簧抗力F1可视为定值。助力器的伺服力Fv=P（A1-A3）（4）在阀杆输入力FR中，一部分输入力用来克服阀杆回动簧的抗力F2,则有效输入力为FRY为:FRY=FRF2（5）伺服力产生的助力除部分用来克服回位簧（9）的抗力F1外，还要承受阀杆回动簧的抗力F2之后才作 用在反馈盘（10）上，为此作用在反馈盘（10）上的有效伺服力FVY为：Fvy=P （A1 -A3） -F1+ F2 （6）将式（5）、（6）带入式（3）得：Fp= FRY+ FVY（7）根据平衡状态（见图4中的受力图2）时的受力分析，反馈盘（10）的内圈所承受的
4、有效输入力FRY的压 强与外圈所受的有效伺服力FVY的压强相等时，助力器处于双阀关闭”的平衡状态，可列如下等式：_ %：_ =2. 真空助力器的伺服比计算助力器的伺服比IV是指有效伺服力FVY与有效输入力FRY的比值，可通过等式（8）转换表示:3. 真空助力器的助力比计算助力器的助力比It为助力器的输出力Fp与有效输入力FRY的比值，根据等式（7）和（9）可得出：! %垢 芹（10）4. 真空助力器的特性曲线方程考虑到助力器在实际工作过程中，由于相关零部件的摩擦阻力的存在。为此，通常助力器的工作效率为 n=0.850.95，所以式（2）变化为：Fp = FR+P0A1+( A2+A4 )(P
5、-Po ) -PA3 -F1xq (11)式(3)变化为：Fp = FR+P ( A1 -A3 ) -F1xr| (12)当助力器的输出力超过最大助力点时，由于真空度P为定值，则P ( A1 -A3 )为常数，输出力FP与输入力 FR为线性递增变化。因此式(12)可用来计算最大助力点之后的输出力的值。由等式(7)考虑助力器效率可得：Fp = ( FRY+ FVY)xq(13)由等式(9)可得：FVY=FRY IV(14)由等式(10)、(5)可得：Fp = FRY Itn= ( FR - F2+Fk)Itn (15)式(15)表明，当输入力FRNF2 - Fk时才能产生输出力。因此，最小输入力
6、(始动力)Fa的等式为：Fa = F2 - Fk(16)当助力器处于非工作状态时，真空腔与大气腔的气压差P0为零，由式(11)可得：Fp = FR+P ( A2+A4 -A3 ) -F1xn= 0(17)根据式(17 )可得出：FR=F1 -P ( A2+A4 -A3 ) (18)因为FR 0所以 F1 P ( A2+A4 -A3 ) (19)根据式(19)可知，回位簧(9)装配抗力与真空腔的真空度、阀体柄部截面积A2、主缸推杆柄部截面积 A3和空气阀座密封面截面积A4有关。只有当式(19)成立时，助力器才不会出现自放大的失效模式即输 入力为0时产生输出力，阀体才能压紧锁片(12)并靠在助力器
7、的后壳体铆接部件(2)上。当助力器在无真空状态下工作时，P=P0 = 0，式(11)变化为：Fp = ( FR -F1 )xq(20)根据式（20）可知，无真空时所需最小输入力（始动力）Fb的等式为:Fb = F1（21）5. 特性曲线的跳跃值三角区真空助力器的输入一一输出特性曲线如图7所示。图7真空助力器的输入输出特性曲线上成羽由图7可见，由输入力的最小始动值Fa1与最大始动值Fa2为起点的特性曲线L1、L2构成的区间，是助 力器的特性允许范围。当输入力由0增至最小始动值Fa1之前，输出力Fp为0,而当输入力增至最小始动 值Fa1时，输出力则出现跳跃值。由FP T 1、FP T 2、Fa1、
8、Fa2所围成的三角区即称为跳跃值三角区。特 性曲线的起始点越靠近Fa1，其跳跃值越大。越靠近Fa2,其跳跃值越小。可根据不同的产品及客户要求， 通过调整压块与反馈盘的间隙来调整跳跃值的大小。但过大的跳跃值会使助力器内部零件过早地磨损，使 用寿命大大降低。6. 特性曲线的偏移由于助力器的输入输出特性曲线不是从零点开始的，而且其延长线也不一定通过坐标原点，因此特性曲线 出现了偏移。根据式（5）、（15）可得：(22)FP=FRY It n= FR It n -( F2 -Fk ) Itq式（22）的斜率为:k = itn截距为：b = - ( F2 - Fk) Itn最大助力点后输出力等式(12)
9、可变化为：Fp = FR+P(A1-A3)-F1n = FRn+P(A1-A3)-F1n(23) 式（23）的斜率为：K1= n截距为：b1 = P ( A1 -A3 ) -F1n根据式（22）、（23）绘制特性曲线如图8所示，两条曲线的交点为最大助力点。图8 特性曲线图由于在输入力为Fa1时输出力具有最大跳跃值FPT1,则输出力为FP1：Fp1 =FR1Itn1 -Fa1Itn1 +FPT1（24）Fp1是在真空度为允许值的最上限、效率为最大值n1时的特性曲线偏移后的最大助力点时的输出力，与 其对应的FR1输入力是偏移后的输入力，如图7中L1所示。当输入力为最大始动力Fa 2时输出力具有最
10、小跳跃值FPT 2,则输出力FP2为:Fp2 = FR2Itr|2 -Fa2Itn2+FPT2 (25)Fp2是在真空度为允许值的最下限、效率为最小值n2时的特性曲线偏移后的最大助力点时的输出力，与其 对应的FR2输入力是偏移后的输入力如图7中L2所示。以东风标致206反馈盘式真空助力器为实例，我们可以绘制其特性曲线。1、助力器的结构尺寸(1) 助力器有效作用直径：中224.45+0.2 mm；(2) 阀体柄部直径：Q400mm；(3) 主缸推杆柄部直径：中90mm；(4) 空气阀座密封面直径：个21.3+0.05 mm；(5) 主缸推杆与反馈盘的最大作用直径：个25.950 mm；(6) 压
11、块与反馈盘的最大作用直径：个10.90 mm。2. 助力器的相关参数(1) 真空腔的真空度：P= (0.080.001) MPa；(2) 回位簧装配抗力：F1= (14515) N；(3) 阀杆回动簧装配抗力：F2=116.3+6.5 N；(4) 伺服比：IV=4.70.05；(5) 助力比：It=5.70.05；(6) 伺服力作用面积：A1 -A3= (3831) cm2；(7) 伺服力：FV=P (A1 -A3) = (3064.146.3) N；(8) 有效伺服力：FVY=P (A1 -A3) -F1+F2= (3035.167.3) N；(9) 始动力:Fa=F2+FK= (88.46
12、.7) N,取 Fa= (8030) N；(10) 跳跃值：FPT= (350120) N；(11) 由 n= 0.880.93；(12)由式(22)得：FP=FR5=+0.3 - (416166)；(13)由式(23)得:FP=FR (0.9050.025) + (2640130)。3. 特性曲线的绘制根据式(22)、(23)绘制特性曲线如图9所示；根据始动力Fa、跳跃值Fpt平移曲线如图10所示；根 据式(24)、(25)可绘制出特性范围曲线如图11所示。b=2 610=130图10特性曲线图b图9特性曲线图a图11特性曲线图c4. 助力器非工作状态时的稳定性根据式(19) F1= (14515) P (A2+A4-A3) = (1233)成立，为此助力器在非工作状态时不会发生 自放大的失效模式。特性曲线计算结果验证根据东风标致206反馈盘式真空助力器的工作原理分析及特性曲线计算制造出产品样件，通过对产品样件 的输入力一输出力的特性曲线检测来验证特性曲线计算的准确性及合理性。通过对检测数据的分析可知：产品样件的输入力-输出力的特性曲线测试结果完全符合上述计算的特性曲 线，为此该特性曲线的计算结果是合理的、准确的。由于反馈盘式真空助力器具有体积小、质量轻和结构 简单紧凑等诸多优点，其在未来的汽车制造业发展过程中，仍将占据着重要的地位。(全文完
标致206反馈盘式真空助力器工作原理及性能计算
