助力器设计

浙江金峰

制

动

真

空

助

力

器

设

计

2003年3月16日

目录

一、制动真空助力器的设计 (3)

1.1 制动真空助力器的参数设计 (3)

1.1.1 助力比的确定 (3)

1.1.2 伺服膜片直径的确定: (5)

1.1.3 回位弹簧抗力的确定: (5)

1.2 制动真空助力器的特性(曲线)计算 (6)

1.2.1 启动值Fa的确定 (7)

1.2.2 跳增值JP的确定 (7)

1.2.3 最大助力点的计算 (7)

1.2.4 残留值Fa1的确定 (8)

1.2.5 返程曲线的描绘 (9)

1.3 装配尺寸链的计算 (9)

1.4 锥簧刚度的计算 (9)

1.4.1 锥簧半径每圈增量 (10)

1.4.2 锥簧大圈压死时抗力f2 (10)

1.4.3 锥簧小圈压死时抗力f1 (10)

1.4.4 锥簧大圈压死后, 抗力与变形之间有下列关系: (11)

1.5 制动真空助力器的橡胶制品材料及过盈量的确定: (11)

1.6 部件铆接的要求及强度计算 (12)

1.6.1 控制阀杆与空气阀座的铆接 (12)

1.6.2 螺栓与壳体的铆接: (12)

1.6.3 前、后壳体收口，或旋合的连接强度 (12)

1.6.4 护圈与助力盘的铆接 (13)

1.7 零部件强度的校核 (13)

1.7.1 静载荷时单个螺栓强度的计算： (13)

1.7.2 螺栓的疲劳强度计算: (14)

1.7.3 阀杆部件的强度校验 (15)

1.7.4 控制阀体的强度校核: (15)

1.8 制动真空助力器特性曲线的综合评价 (15)

1.8.1 启动值Fa的一般要求及其性能含意 (16)

1.8.2 最大助力点E (16)

1.8.3 升压曲线与降压曲线 (16)

1.8.4 关于制动真空助力器标准曲线的形成 (18)

1.8.5 有关试验条件的说明 (19)

1.8.6 改变制动真空助力器的助力比对助力器性能的影响 (20)

1.8.7 助力器的密封性 (21)

一、制动真空助力器的设计

1.1 制动真空助力器的参数设计

制动真空助力器的参数设计包括以下内容:

A.助力比的确定;

B.伺服膜片直径的确定;

C.回位弹簧抗力的确定;

D.与制动主缸相匹配后输出压力的关系.

1.1.1 助力比的确定

制动真空助力器的助力比是指助力器的输出力与输入力之比。

图 1 双膜片制动真空助力器结构简图

制动真空助力器的助力比与制动系统中的踏板力、杠杆比、制动主缸直径、制动所需最大液压之间存在下列关系：

P = F.I.I

T

×η

1

………(1.1)

π/ 4 ×D2×η

2

P--最大液压(MPa) F--踏板力(N)

I--踏板杠杆 I t --助力比

D--制动主缸直径(mm) η1--助力器效率(0.95) η2--制动主缸效率(0.96) 则助力器的助力比可以用下式计算：

I T =

π/4×D 2×P/η 2

F ×I ×η1 ………… (1.2)

其中:踏板力推荐值F ≤500N(见FMVSS135-4.13) 当采用真空助力器时，应按下列选取 轿车200-250(N) 货车300-350(N) 最大≤450(N)

[例] 某轻型车的制动系统的主要参数为： 最大液压: 9MPa. 主缸直径:20.64mm

杠杆比:4.05 如加装助力器请计算其助力比 I T = ? I T =π/4×20.642×9/0.96

= 3.26

250×4.05×0.95

该助力器的助力比应为I T =3.26

根据ECE 法规，当制动强度为0.3时，制动真空助力器失效(即助力比为1)，•该时的踏板力不得大于500N 。 当助力器失效时的踏板力为:

F =

π/4×D 2×P 0/η

2

………(1.3)

I ×η 1

其中:P 0是当制动强度为0.3时的制动液压。 P 0值的选取可参考下列公式近似计算。 P 0 = P/Φ×0.3

P-制动管路最大液压(Mpa) Φ-设计的最大同步附着系数 [承上例]

试计算该制动系统，当制动强度为0.3时的管路压力，及当助力器失效时的制动踏板力：

P

= 9/0.75×0.3 = 3.6(Mpa)

则当助力器失效时的踏板力为:

F =π/4×20.642×3.6/0.96

= 326 (N)

4.05×0.95

1.1.2 伺服膜片直径的确定:

助力器的伺服膜片的直径与使用的真空度、助力比、•踏板力之间存在下列之间关系:

D S 2 =

(I

T

-1)×4×F

…………(1.4)

P

×π

D

S

-伺服膜片直径 (mm)

P

-使用的真空度

[承上例] P

= 0.0667 (Mpa)

试计算使用该助力器的伺服膜片的直径：

伺服膜片直径为:

D S =

(3.26-1)×4×250×4.05

= 209 (mm)

0.0667×π

伺服膜片直径的计算结果应按下表系列化来确定

1.1.3 回位弹簧抗力的确定:

制动真空助力器的回位弹簧的主要作用是保证控制阀体的迅速回位。因此，其抗力值应尽可能取较大值，以提高返程时间的指标。但由于其抗力值直接影响助力器的输出效率(0.95)，•因此制动真空助力器回位弹簧的抗力(F1) 与助力器的最大输出力(F‘)存在下列关系:

F‘= F×I

t

×I

F

1

= F‘× 0.05 ……… (1.5)