真空助力器原理及性能参数计算

一、单滑体式真空助力器工作原理

1、未抽真空和抽真空平衡后均为图1 (a) 所示状态

空气阀，

真空阀，

此处同后空气腔连通

此处同前真空腔连通

真空阀开启，空

气阀关闭，前后

腔导通

2、当缓慢推动控制推杆, 控制阀活塞及控制阀总成前行Δ后, 真空阀口关闭, 控制阀活塞与控制阀总成分离, 大气阀口打开如图1 (b) 所示。

真空阀关闭，空气阀开

启，前后腔隔开。

3、助力器的后腔进入一定量的大气, 使前后腔形成一定的压差, 当压差对动力缸产生的推力大于动力缸回位簧预紧力时, 便在助力器出力杆(也叫助力器推杆) 产生输出力, 同时该力的反力使反力盘变形, 如果此时反力盘的变形尚未消除反力盘与控制阀活塞之间的间隙, 则在输入力(控制阀内、外弹簧预紧力的合力) 几乎不变的情况下, 大气阀口继续打开, 随着后腔的大气不断进入, 前后腔压差随之增大, 输出力增大, 反力盘的变形也大了, 直到反力盘与控制阀活塞之间的间隙消除, 此时输出力的反力以等压强传递原理按一定比例(这个比例即为静特性曲线中的助力比。根据压强传递原理, 助力比= 出力杆座面积/控制阀活塞头部面积) 传到控制阀活塞上, 使控制部分处于图1 (c) 所示的动平衡状态。

前后压力差推动反馈盘变形向后凸消除活塞头部同

反馈盘之间的间隙并推动活塞后移关闭空气阀，真空

阀也关闭，此时系统处于平衡状态。

4、这个状态随着输入力的增大一直维持到静特性曲线的最大助力点(此点两腔压差达到最大)。随着输入力的继续增大, 动平衡状态被打破, 控制部分处于图1 (d) 所示状态, 此时输出力与输入力等量变化。

输入杆增加输入力，打破平衡，

活塞杆前移空气阀打开。空气阀

打开，真空阀关闭

5、撤去输入力, 助力器又回到图1 (a) 所示状态。

撤销输入力，活塞回

到初始位置。空气阀

关闭，真空阀打开。

锁片定位单阀体式真空助力器工作原理

1、在未抽真空时, 控制部分如图2(b) 所示, 此时由于动力缸弹簧的压力促使锁片将控制阀活塞向前“推动”, 使控制阀活塞与控制阀总成分离,空气阀打开，真空关闭。

锁片强制拉动活塞前

移，真空阀关闭，空

气阀打开。

2、当抽真空时, 前腔形成一定真空度, 后腔仍处于常气压状态。随着压差增大, 其

产生的推力克服了动力缸回位簧的预紧力时, 动力缸部分向前移动, 形成了图 2 (c) 所示状态, 使前后腔同时处于抽真空状态。当两腔压差缓和到仅能克服动力缸回位簧预紧力时, 动力缸部分在回位簧作用下后移, 形成图2 (d) 所示平衡状态。

真空接通后前后腔压差导致黄色的动力缸向前移动，紫色的密封圈前移关闭空气阀，密封圈同动力缸密封边脱开，真空阀打开。

当两腔压差缓和到仅能克服

动力缸回位簧预紧力时, 动

力缸部分在回位簧作用下后

移，关闭真空阀。达到平衡状

态。

平衡状态真空助力器

两腔状态

3、当缓慢推动控制推杆时, 大气阀立即打开(故该结构助力器的空行程为零, 这就是锁片定位单阀体式真空助力器与单阀体式真空助力器相比在性能上的优越之处)。这以后它的工作过程与单阀体式结构相同。

当缓慢推动控制推杆时，空气阀马上打开

二、特性曲线及参数介绍

1、最大助力点：最大助力点在规定的真空条件下测得。

2、升压曲线同降压曲线：Fa E Z 为升压曲线，Fa1 E1 Z为降压曲线。

3、输入力为最大助力30%的输出力，输入力为最大助力80%的输出力，通过这两点计算助

力比的值较准确。

4、助力器滞后率，当助力器输出力为最大助力的50%时，对降压曲线上的及升压曲线上的,

称为滞后率。

5、跳跃值，跳跃值的大小取决于空气阀座同反馈盘之间的间隙。

6、释放力，释放力是保证助力器装配有一定的预紧力，保证助力器能够完全回位，一般应

大于30N.

三，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。

P1——真空腔的绝对气压值

P2——空气腔的绝对气压值

P3——标准大气压力值

说明：

P1为真空腔的绝对气压值，P2为空气腔的绝对气压值，P3为标准大气压力值，所以真空腔的真空度等于：P=P3-P1,真空腔同空气腔之间的压力差等于：P0=P2-P1

FP=FR+PO（A1 –A2）+P（A2 –A3）+（P –P0）A4 –F1

= FR+ (P2-P1) （A1 –A2）+ (P3-P1) （A2 –A3）+( P3-P2) A4 –F1

= FR+ (P2-P1) （A1 –A2）+ (P3-P1) （A2 –A3）+(( P+P1)-(P0+P1)) A4- F1

= FR+PO（A1 –A2）+P（A2 –A3）+（P –P0）A4 –F1

A1

A2

FP FR

P3

P1

A3

P2

F1

式（1）可转化为：

FP=FR+POA1+（P –P0）（A2 –A4）–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（0～80）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，