汽车真空泵分析

文献综述

前言

汽车的制动性是汽车的主要性能之一，是汽车高速行驶的重要保障，关系到人们的生命及安全财产。对于普通乘用车和轻型商用车，其制动系统主要采用液压作为传动媒介，与可以提供动力源的气压制动系统相比，它无法为驾驶员提供制动助力。因此，为了提高汽车的制动性能，减轻驾驶员的劳动强度，现代乘用车与轻型商用车的制动系普遍加装助力装置，即采用具有助力功能的伺服制动系统。

伺服制动系统是指在人力液压制动的基础上加设一套由其他能源提供制动力的助力装置，使人力与动力可兼用，即兼用人力和机械动力作为制动能源的制动系。而真空助力器是伺服制动系统中最常用的助力装置，因此，伺服制动系统也称作真空助力制动系统。真空助力器依靠其内部真空腔与大气压的压力差来提供助力，因此真空腔必需保持在一定真空度，才能对外输出制动助力。传统的汽油发动机在工作时，其进气歧管处产生较高的真空度，可以为真空助力器不断地提供真空源，保证伺服制动系统的正常运行。但现在为满足环保要求而新开发的汽油直喷发动机，其进气歧管处真空度较低，无法提供足够的真空来源。另外，在混合动力汽车上，由于发动机不能全时工作，也无法保证足够的真空度；而对于纯电动车，更是完全需要外部真空源来保证制动性能。因此，需要提供一种新的方案来解决汽车制动系统的助力问题，保证汽车的制动性能不因发动机结构的改变而降低。

真空泵即是给助力器提供负压的装置。整车对于真空泵，其主要求有：体积小、功耗小、响应速度快、真空度较高、NVH 性能优越、干式运转、性能可靠、造价较低等。目前比较成熟的真空获得设备类型有：液环式真空泵、往复式真空泵、旋片式真空泵、滑阀式真空泵、罗茨式真空泵、爪型式真空泵、涡旋式真空泵、螺杆式真空泵和分子式真空泵。考虑到车用电子真空泵的特点，开发可行性最高的是往复式真空泵和旋片式真空泵。相比而言，旋片式真空泵由于其动平衡性能较好，其振动噪声小，因此本课题选择对旋片式真空泵进行设计研究。[1]

主题

发展及其现状

自1909年盖德(W.Gaede)发明旋片泵并取得德国专利,1936年又发明气镇泵, 1941年取得专利以来,旋片真空泵得到广泛应用和不断完善"60年代末,国际上出现了提高转速、直联的小型化趋势,70年代初出现了直联系列产品,到80年代初,又推出了改进的系列产品,有多种可供用户选配的附件,可以保护泵,或保护环境,泵本身结构也有改进而使可靠性提高"在泵的结构方面,为了能在停泵时防止返油,有的设有能自动切断油路的止回阀,有的设有进气通道截止阀,有的为了能在泵开气镇运转突然停电时自动切断气路来保持泵口处于真空状态而设有油

泵和控制结构"在附件方面,有消雾器、气味过滤器、阻挡碎玻璃等杂物用的入口过滤器、灰尘过滤器、蒸汽凝结阱、化学阱，有控制泵温以提高水蒸气抽除率和保护泵的温控水量调节阀"到了80年代末,90年代初,又推出了油过滤器、能监视油温、油压、油质等的电子显示器,甚至可以与计算机联接,进行自动控制,采用强制润滑和风冷,使泵的连续工作入口压力达10kPa,甚至更高,同一台泵的适用范围因而更大。在转子与定子的相对位置上,也有人做了研究,例如采用偏侧心,下偏心等。最近几年,我国的旋片泵生产取得了很大的进步,但由于加工工艺和设备落后,机械的加工水平不足,导致我国的旋片泵的技术水平仍然相对落后,难以满足各大新兴行业的需求。[2]

国内外的旋片泵产品性价比参数相差巨大虽然近几年来,国产旋片泵的性能指标,像：抽气速率、极限真空、用油量!最高使用温度等方面取得了一定的进步。但是在一些用户比较关心的方面,如密封、重量、比功率、使用寿命、外形!噪声等方面,与国外的同类产品相比还存在着很大的差距"与国外产品相比,国产旋片泵存在的问题具体表现在以下几个方面：

(1)抽气效率过低

泵的抽气效率是指实际抽速与理论抽速之比"按照JB/T6533一19975《旋片真空泵》标准规定,2Pa时双级泵的抽气效率不应低于45%,1.5kPa时不低于80%，该项指标表示了泵的抽气能力,旋片泵不合格产品中有80%是因为该项指标过低。

(2)存在喷油漏油现象

不喷油、不漏油是关系着环境保护的重要指标,对于制冷、半导体、电子、食品包装行业来说都是不允许有喷油漏油现象的。当前旋片泵不合格产品中有20%既是因为该问题的存在。

(3)噪声过大

噪声过高也是迫切需要解决的问题之一,旋片泵不合格产品中因为噪声过高而导致不合格的产品占了20%。例如,按照JB/T6533一19975《旋片真空泵》规定,2升旋片泵的噪声不得大于72dB,而实际上现实中有些泵的噪声甚至高于75dB。

（4）轻量化不足

虽然标准中没有对旋片泵重量进行硬性规定，但国产旋片泵在选材及结构设计均不如进口产品，轻量化程度不够。如抽气速率均为2L/s 的国产2XZ-2B 旋片泵，整机重量24Kg，德国莱宝的D8B 重量仅为21.2Kg。

以上三个方面是目前国产旋片泵存在问题比较严重的地方"此外,在极限压力!比功率!用油量!重量!最高使用温度!外观造型上都还有待提高。[3]

工作原理

旋片式真空泵是一种依赖转子和可以在槽内滑动的旋片与定子共同实现空腔体积变换来实现真空的变容积式机械真空泵。其结构如图1：偏心放置在定子中心转子与旋片分割定子的容积，成为A、B、C三个独立的工作腔，分别为吸气腔、压缩腔和排气腔。转子上开有纵向的转子槽，槽内装有沿径向可以自由滑动的旋片。当转子转动时，旋片在离心力及弹簧力作用下从槽中甩出，实现A、B、C三个工作腔的分割。其中，旋片式分割的独立工作腔，称之为基元。随着

转子的转动，基元容积从小到大实现周期性的变换，从而达到抽出气体的目的。

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图 1 旋片式真空泵工作原理示意图

结构组成

旋片式真空泵主要有：泵体、转子、旋片三个主要部件构成，具体结构见图2：[5]

图 2 单旋片式真空泵的结构

（1）泵体是旋片泵的主体,根据其安装结构的不同,可以分为三种类型:整体式(图2a)、中壁压入式(图2b)和组合式(图2c)。整体式结构要求加工精度高,高低真空级的两腔同心度不易保证；中壁压入式结构中,高、低真空腔为一体,中壁经冷却后由压力机装入,结构简单,加工和装配量小,但中壁尺寸公差要求严格;组合