SAA真空助力器與制動主缸的設(shè)計

1、目目 錄錄摘 要.1ABSTRACT.20 引言.41 設(shè)計要求.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 制動主缸類型的選擇.144.1 補償孔式 TMC .154.2 中心閥 TMC .154.3 PLUNGER式 TMC .175 設(shè)計方案.186 真空助力器的設(shè)計.206.1 助力器設(shè)計中幾個關(guān)鍵的力的計算.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.287 制動主缸的設(shè)計.297.1 制動主缸的原理和結(jié)構(gòu).307.2 公差分析.307.3 彈簧設(shè)計.347.4 制動主缸缸體設(shè)計的要點.

2、397.5 制動主缸缸體的三維模型設(shè)計.408 真空助力器/制動主缸存在的問題與解決方案.439 結(jié)論.45參考文獻.46附 錄.48譯 文.70原文說明.83致 謝.84摘摘 要要隨著我國國民經(jīng)濟穩(wěn)健快速的發(fā)展，汽車工業(yè)出現(xiàn)了蓬勃發(fā)展的大好勢頭。同時由于人民的物質(zhì)生活水平也在不斷提高，汽車進入家庭的速度也在以驚人的速度增加。據(jù)統(tǒng)計，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自主品牌自身競爭力，上汽制造設(shè)計研發(fā)了 AA 緊湊型家用轎車。本設(shè)計就是專門為其設(shè)計一套合適的真空助力器與制動主缸總成。真空助力器在整個制動系統(tǒng)中起著非常重要的作用，其利用大氣壓與發(fā)動機真空源之間

3、的壓力差，在制動中增大踏板力。制動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 真空助力器與制動主缸的設(shè)計過程，從開發(fā)背景到設(shè)計要求再到設(shè)計方案的確定的整個過程。同時詳細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)的計算過程及制動主缸的公差計算和活塞彈簧選擇計算。最后描述了主要零件的設(shè)計過程。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：真空助力器，真空閥，空氣閥，制動主缸，行程The Design of SAA Vacuum Booster and Brake Master CylinderABSTRACTWith the

4、 stable and rapid development of our national economy, the good trend of flourishing appears in automobile industry. Meanwhile, because of the improvement of peoples material life, automobile is coming into family at an surprising speed. According to the statistics, the proportion of buying private

5、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 v

6、ery 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 t

7、o 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 calcul

8、ated in it. The tolerance calculation of brake master cylinder and the choice 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, strokeSAASAA 真空助力器與制動主缸的設(shè)計真空助力器與制動主缸的

9、設(shè)計唐佳福唐佳福 0611031090 引言引言隨著我國國民經(jīng)濟穩(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，達到201.89 萬輛，銷售達到 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)勢之迅猛。同時由于人民的物質(zhì)生活水平也在不斷提高，汽車進入家庭的速度也在以驚人的速度增加。據(jù)統(tǒng)計，有些地區(qū)轎車市場私人購車比例已超過 70。可以看出，我國轎車消費開始從商務(wù)用車階段跨入私人用車階段，轎車

10、進入消費成長期的速度加快。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。為了增強自主品牌自身競爭力，在緊湊型家用轎車這一細分市場中分得一杯羹，上汽制造設(shè)計研發(fā)了 AA 緊湊型家用轎車。本設(shè)計就是專門為其設(shè)計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 4300牛；制動主缸的內(nèi)徑為 22.2 毫米，第一腔和第二腔的行程分別為 2

11、0.8和 21.2 毫米，主缸總長度小于 122 毫米。因為真空助力器、制動主缸的尺寸、行程等參數(shù)都是系列化的，SABS 以 06.93776031.4 和 03.2122-1960.3 分別作為真空助力器和制動主缸的設(shè)計基礎(chǔ)，研發(fā) SAA 真空助力器與制動主缸總成。1 設(shè)計要求設(shè)計要求該車?yán)^承了英國品牌的傳統(tǒng)特征高貴、典雅、紳士、品味、執(zhí)著、進取、永恒，擁有了成為經(jīng)典的資本。AA 采用全新的設(shè)計理念，內(nèi)在沉穩(wěn)、外形時尚，以“英系高性能轎車”為產(chǎn)品定位，以“生為強者”為品牌個性，以有品位的小資產(chǎn)階級為目標(biāo)消費群。AA 擁有卓越的安全性、超凡的動力和操控性以及沉穩(wěn)而時尚的外形三大顯著特征，無論是

12、制造工藝，設(shè)計理念，還是安全性、動力操控等方面都領(lǐng)先于同級車型，諸多技術(shù)細節(jié)甚至達到了豪華車的水準(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制動系滿足以下要求：1) 具有足夠的制動效能。2) 工作可靠。行車制動裝置至少要有兩套獨立的驅(qū)動制動器的管路，當(dāng)其中一套管路失效時，另外一套完好的管路應(yīng)保證汽車制動能力不低于沒有失效時規(guī)定值的 30%。3) 在任何速度下制動時，汽車都不應(yīng)喪失操縱性和方向穩(wěn)定性。4) 操作輕便，并具有良好的隨動性。5) 作用滯后性盡可能好。作用滯后性是指制動反應(yīng)時間，以制動踏板開始動作至達到給定的制動效能所需的時間來評價。6) 摩擦副磨損后，應(yīng)有能消除因磨損

13、而產(chǎn)生間隙的機構(gòu)，且調(diào)整間隙工作容易，最好設(shè)置自動調(diào)整間隙機構(gòu)。7) 當(dāng)制動驅(qū)動裝置的任何元件發(fā)生故障并使其基本功能遭到破壞時，汽車制動系應(yīng)有音響或光信號等報警提示。為了滿足對制動系統(tǒng)的要求和客戶對真空助力器與制動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)計一套真空助力器與制動主缸總成。2 助力器總成的選擇助力器總成的選擇對于制動驅(qū)動機構(gòu)，一般可分為動力助力和伺服助力兩大類。動力助力即利用發(fā)動機的動力轉(zhuǎn)化而成，并表現(xiàn)為氣壓或液壓形式的勢能作為汽車制動的全部力源。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，簡單制動中的踏板力和踏板行程之間的反比例關(guān)系

14、在動力制動中便不復(fù)存在，從而可使踏板力較小，同時又有適當(dāng)?shù)奶ぐ逍谐?。各種形式的動力制動在動力系統(tǒng)失效時，制動作用即全部喪失。伺服助力的制動能源是人力和發(fā)動機并用。正常情況下，起輸出工作壓力主要由動力伺服系統(tǒng)產(chǎn)生；在伺服系統(tǒng)失效時，還可以全靠人力驅(qū)動液壓系統(tǒng)，以產(chǎn)生一定程度的制動力。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。因為對于 AA 轎車，若用簡單制動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。在動力制動和伺服制動之間，因為 AA 為緊湊型轎車，若采用動力制動有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量大、成本高的缺點，此外還有萬一動力系統(tǒng)失效，制動作用全部消失致

15、命缺點，所以也不符合要求。綜合考慮還是伺服制動比較適用。按伺服力源不同，伺服制動有真空伺服制動、空氣伺服制動和液壓伺服制動三類。真空伺服制動的伺服用真空度一般可達 0.050.07MPa，空氣伺服制動的伺服氣壓一般能達 0.60.7 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系統(tǒng)。3 真空助力器類型的選擇真空助力器類型的選擇真空助力器的主要作用是制動時產(chǎn)生助力。它利用發(fā)動機將助力器的前、后兩個工作室都抽為一定的真空（一般為 0.8b

16、ar）,當(dāng)需要制動時，踏板推動推桿向前運動，此時，空氣可以進入助力器后工作室。這樣，助力器前、后兩室產(chǎn)生一定的壓力差，從而產(chǎn)生制動所需的助力。3.1 標(biāo)準(zhǔn)型真空助力器標(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行說明。其結(jié)構(gòu)形式如圖 3.1 所示。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階段：1.非工作狀態(tài)如圖 3.2，此時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。在這個位置，控制閥體的密封邊和氣閥組件之間可以存在約 0.2mm

17、的間隙，而空氣閥和氣閥組件之間的密封可以阻止空氣進入助力器。圖 3.2 非工作位置的控制組件2.動態(tài)平衡狀態(tài)如圖 3.3 所示，推桿輸入力推動空氣閥向左運動，空氣閥和氣閥組件之間的密封 1 被打開一個間隙，空氣進入助力器的右工作室，而氣閥組件彈簧推動氣閥組件向左運動，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動，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到最大狀態(tài)。超出最大助力狀態(tài)（即最大助

18、力點）后，推桿輸入力的增加被 1：1 的反應(yīng)到頂桿輸出力（忽略微小的機械損失） ，助力器將不再助力。為達到最大助力狀態(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將向左移動到位置 4 而頂上控制閥體。此時密封面 2 關(guān)閉。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，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，回位彈簧力推動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)控制閥體向右運動到正常位置時，擋銷與位置 3 后殼體接觸，控制閥體在接觸面 2 與

19、擋銷接觸而停止運動，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3.2 ADAM 助力器助力器ADAM (Advanced Dynamic Aid Mechanism)真空助力器是一種機械式主動助力器，它具有電子式主動助力器的緊急制動功能。ADAM 真空助力器改進了控制閥體內(nèi)部零件結(jié)構(gòu)，使得在緊急制動時，助力在很短時間內(nèi)幾乎垂直上升。在正常制動（非緊急制動）時，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

20、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功能與標(biāo)準(zhǔn)型真空助力器的正常制動功能完美地結(jié)合在一起，對正常制動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。1.ADAM 真空助力器的正常制動功能圖 3.7 是 ADAM 真空助力器的正常制動功能工作示意圖。當(dāng)處于正常制動功能時，推桿的運動速度較慢，此時控制閥體和空氣閥之間的相對位移也較小，緊急制動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位置如圖所示。此時，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運動，鋼珠也可以在鋼珠導(dǎo)向套的斜面、沿徑向和軸向自由移

21、動，ADAM 真空助力器緊急制動功能沒有被啟動，助力器的工作過程與標(biāo)準(zhǔn)型真空助力器的正常制動過程相同。圖 3.7 ADAM 真空助力器的正常制動功能工作示意圖2.ADAM 真空助力器的輔助緊急制動功能圖 3.8 是 ADAM 真空助力器的緊急制動功能工作示意圖。ADAM 真空助力器緊急制動功能觸發(fā)條件是緊急制動時推桿的輸入功率 P。推桿的輸入功率 P推桿的移動速度mm/s 推桿的輸入力N。在緊急制動情況下，推桿的運動速度較快，從而帶動空氣閥、鋼珠導(dǎo)向套、鋼珠支架和鋼珠快速向左運動，此時鎖緊套運動速度較慢，ADAM真空助力器緊急制動功能組件之間的相對位置變?yōu)槿鐖D 3.8 所示的情況，在這種情況下

22、，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動，控制閥體也隨著快速運動，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到最大助力狀態(tài)。圖 3.8 ADAM 真空助力器的緊急制動功能工作示意圖3.ADAM 真空助力器緊急制動的釋放如圖 3.9 所示，完成緊急制動后，推桿的輸入力減小，推桿、空氣閥等向右（非制動位置）移動，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，而控制閥體與控制氣閥組件之

23、間處于打開狀態(tài)，真空源將對 ADAM 真空助力器抽真空。當(dāng)推桿、空氣閥向右運動時，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動。由于慣性關(guān)系和彈簧力作用，其它的緊急制動功能組件繼續(xù)運動，緊急制動組件的鎖緊狀態(tài)也就自動解開。鎖緊套由緊急制動的鎖緊狀態(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功能釋放雖然 ADAM 真空助力器具有緊急制動的功能，但是其結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，尺寸相對較大，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)動機艙的布置，所以選用標(biāo)準(zhǔn)型真空助力器更為

24、合理。4 制動主缸類型的選擇制動主缸類型的選擇目前汽車制動系統(tǒng)都要求有兩套獨立的驅(qū)動制動器的管路，因此基本上都采用串聯(lián)式制動主缸。串聯(lián)式制動主缸（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：補償孔式 TMC、中心閥式 TMC、Plunger TMC。4.1 補償孔式補償孔式 TMC普通桑塔納非 ABS 車型采用補償孔式 TMC。如圖 4.1 所示，在非制動狀態(tài)下，密封圈處在補償孔的右邊，主缸工作腔中沒有壓力。當(dāng)開始制動時，活塞連同密封

25、圈一起向前移動，當(dāng)密封圈剛好通過補償孔時，主缸和儲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，但是在制動鉗控制制動前，主缸液體壓力依然處于低壓狀態(tài)。這種相對低壓狀態(tài)可以減小密封圈通過補償孔時的機械磨損。為了同樣的目的，補償孔的直徑都比較小，典型設(shè)計為 0.7mm。圖 4.1 非制動狀態(tài)下密封圈的位置 圖 4.2 密封圈剛好通過補償孔位置4.2 中心閥中心閥 TMC在非制動狀態(tài)和活塞的復(fù)位狀態(tài)，中心閥都處于打開狀態(tài)，制動液可以在儲液罐和制動主缸之間自由流動。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

26、為金屬，外面包著橡膠，在兩側(cè)，橡膠比金屬基體凸出 0.2mm。在制動時，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，在制動液壓力作用下，密封件自動地打開，制動液可以自由流動。圖 4.3 別克凱越的中心閥 TMC 結(jié)構(gòu)對于雙中心閥式制動主缸而言，兩個活塞可以同時開始工作，也可以先后依次開始工作。如圖 4.4 所示一個 TMC 示意圖，當(dāng)主缸中的兩根回位彈簧的剛度一樣時，制動時兩個活塞同時開始動作；當(dāng)彈簧

27、 1 的剛度大時，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，第一活塞開始動作。反之，原理相同。圖 4.4 中心閥 TMC 彈簧剛度與活塞開始工作次序4.3 Plunger 式式 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)形式儲液罐和主缸腔內(nèi)的制動液連通和斷開與補償孔類似，但是制動液的連通和斷開不是靠橡膠件位置移動實現(xiàn)，而是由活塞上的徑向孔與缸體上的孔的連通與相互錯位實現(xiàn)的，如圖 4.6 所示（主缸第二回路） 。圖 4.6 Plunger TMC 補償孔部分

28、工作示意圖在制動狀態(tài)時，活塞向前運動，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)和儲液罐之間的制動液流動。Plunger 式 TMC 的顯著特點就是軸向距離短，適用于發(fā)動機艙空間小的車型。但由于目前國內(nèi)沒有生產(chǎn)線，價格較貴，很少用在國產(chǎn)緊湊型家用轎車上。另外，在補償孔式制動主缸中，每次制動時，橡膠密封圈都要經(jīng)過補償孔，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)通過補償孔，尤其在 ABS 制動系統(tǒng)中。而中心閥式制動主缸由于去掉了補償孔式制動主缸的補償孔，供油方式改為中心閥式，解決了 ABS 系統(tǒng)所需的快速補油和皮碗“

29、絕對”密封和高頻“振動”等在傳統(tǒng)補償孔式主缸無法解決的技術(shù)難題，且工作耐久性可達 100 萬次。因此，SABS 選用中心閥式制動主缸。5 設(shè)計方案設(shè)計方案經(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)計的工作量?？蛻粢?booster 直徑為 9 英寸，長度小于 95 毫米，最大輸出力為4300N，和 SABS 06.93776031.4 產(chǎn)品的參數(shù)相近，因此就以其為基礎(chǔ)進行設(shè)計。在設(shè)定助力比、制動啟動力、回復(fù)力、回位彈簧抗力等參數(shù)時，要在現(xiàn)有成熟產(chǎn)品的參數(shù)基礎(chǔ)上

30、，結(jié)合客戶的要求進行取值，然后校核，最后根據(jù)整車參數(shù)，進行整個制動系統(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 4.56 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，最后進行制動系統(tǒng)的模擬試驗，如不理想再進行優(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 03.21221960.3 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主缸的有效行程和空行程不變。然后要進行尺寸鏈計算，保證制動主缸和真

31、空助力器總成沒有任何運動干涉。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主缸總成圖紙。接著進行樣件試制和實驗，并交付客戶認(rèn)可。認(rèn)可合格之后，允許進行小批量生產(chǎn)。6 真空助力器的設(shè)計真空助力器的設(shè)計真空助力器在整個制動系統(tǒng)中起著非常重要的作用，它通過發(fā)動機的真空源抽真空，利用大氣壓與真空之間的壓力差，在制動中增大踏板力。6.1 助力器設(shè)計中幾個關(guān)鍵的力的計算助力器設(shè)計中幾個關(guān)鍵的力的計算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

32、推桿的輸入力，符號為。AF如圖 6.1 所示。圖 6.1 助力開始時推桿的受力示意圖按公式 6.1 計算。KRF（6.1）RLeiLeinormalFeiRLeiLeinormalFeiFKRmax)(min:minmin)(max:max 推桿回位彈簧在助力器初始位置時的彈簧力，N；KRF 推桿回位彈簧在助力器初始安裝位置時對應(yīng)的彈簧力，可以eiF在其圖紙上得到，N; 的極大值,N；maxFeiFei 的極小值,N；minFeiFei 推桿回位彈簧在助力器初始安裝位置時的安裝長度,mm；einormalLR 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算中得到,mm；eimaxLe

33、iL 的最小值，從安裝尺寸的公差計算中得到,mm；eiminLeiL按公式 6.2計算。pF （6.2）PAFp 空氣閥兩側(cè)真空壓力差而產(chǎn)生的力,N；pF 空氣閥的受力面積,；A2mm 真空壓力差,bar。P真空助力器的起始力的計算：AF由推桿回位彈簧 06.9377-1404.1，得到 N，5 . 5/5 . 63 .116Fei； mmLeinormal6 .17442. 6R由公差計算，得到。mmLeimmLei17.18max,34.16min由公式 6.1，NNFKR29.106442. 6)2 .186 .17()5 . 53 .116( :min82.131442. 6)3 .1

34、66 .17()5 . 63 .116( :max由公式 6.2，NFP49.281 . 08 . 0)235. 022(14. 3412所以，NFFFPKRA77.1257.90min80.77max33.10349.2829.106:min49.2882.131:max2.回復(fù)力在一個助力過程結(jié)束后，助力器內(nèi)的零件向著初始位置回復(fù)，達到初始位置后，此時推桿上必須有剩余的回復(fù)力 FR，以便幫助制動踏板回位。回復(fù)力的定義：助力器到初始位置時，推桿上的力。如圖 6.2 所示。圖 6.2 助力結(jié)束時推桿的受力示意圖按公式 6.3 計算。KRF （6.3）RLeiLeinormalFeiRLeiLe

35、inormalFeiFKRmax)5 . 0(min:minmin)5 . 0(max:max 推桿回位彈簧回到回位位置時的彈簧力，N；KRF 推桿回位彈簧在初始安裝位置時對應(yīng)的彈簧力，可以在其圖Fei紙上得到，N； 的極大值，N； maxFeiFei 的極小值，N；minFeiFei 推桿回位彈簧在助力器初始安裝位置的安裝長度，Leinormalmm； 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算中得到,mm；maxLeiLei 的最小值，從安裝尺寸的公差計算中得到,mm；minLeiLei 按公式 6.4 計算。pF （6.4）PAFP 由于控制氣閥組件兩側(cè)的壓力差而產(chǎn)生的真

36、空力,N;pF 控制氣閥組件的受力面積，；A2mm 真空壓力差，bar。P按公式 6.5 計算。TVF （6.5）maxminminmax)5 . 0(:min)5 . 0(:maxRLLFRLLFFTVTVnormalTVTVTVnormalTVTV 控制氣閥回位彈簧在助力器初始位置時的彈簧力,N;TVF， 控制氣閥回位彈簧在初始位置的彈簧力，可以maxTVFminTVF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算中得maxTVLminTVLTVL到,mm。推桿回復(fù)力的計算

37、由推桿回位彈簧 06.9377-1404.1，得到N，5 . 5/5 . 63 .116Fei； mmLeinormal6 .17442. 6R由公差計算，得到。mmLeimmLei17.18max,34.16min由公式 6.3，NNFKR22.108442. 6)2 .185 . 06 .17()5 . 53 .116( :min75.133442. 6)3 .165 . 06 .17()5 . 63 .116( :max由公式 6.4，NFP77.558 . 01 . 08 .2914. 3412由控制氣閥回位彈簧，06.9377-2004.1,得到，NF5.0.101，4 .101L6

38、9. 0R由公差計算得到，。7 . 9min1L1 .11max1L由公式 6.5，NNFTV81. 869. 0) 1 .115 . 04 .10()5 . 010( :min776.1069. 0)7 . 95 . 04 .10()5 . 010( :maxNFFFFTVPKRR75.1342.5567.41776.1077.5522.108:min17.6981. 877.5575.133:max3.皮膜回位彈簧力助力器一個制動行程結(jié)束后，推桿在推桿回位彈簧作用下回位，同時帶動空氣閥向右回位，擋銷與后殼體內(nèi)側(cè)接觸，這時推桿與空氣閥、控制氣閥的運動結(jié)束，到達初始狀態(tài)的位置，但是，此時控制閥

39、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。圖 6.3 控制閥體的受力示意圖按公式 6.6 計算。minBSF （6.6） 1max1normal1minBSminRLLFF 皮膜回位彈簧在初始安裝位置對應(yīng)彈簧力的最小值，N；minBSF 皮膜回位彈簧在初始安裝位置時的彈簧力，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normalL1max1L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的彈簧力,同（6.1）式，KRFN；按公式 6.7

40、計算。TVF （6.7）maxminminmax)(:min)(:maxRLLFRLLFFTVTVnormalTVTVTVnormalTVTV 控制氣閥回位彈簧 在助力器初始位置時的彈簧力，N；TVF， 控制氣閥回位彈簧在初始位置的彈簧力，可以maxTVFminTVF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算中得maxTVLminTVLTVL到，mm。按公式 6.8 計算。VAF （6.8）PAFVA 控制氣閥兩側(cè)的真空壓力差，N；VAF 助力器內(nèi)摩擦力，一般取 710N；f

41、rictionF 主缸活塞兩側(cè)的壓力差，取 17 的面積；PTMCF 主缸內(nèi)彈簧的剩余回復(fù)力，一般取 18N。TMCreturnF控制閥體回復(fù)力的計算由皮膜回位彈簧，06.9377-5606.1，得到，NF1017017 .561L；74. 3 R公差計算， ，。79.56min1L51.59max1L由公式 6.6，NFBS49.14974. 3)51.597 .56()10170(min由推桿回位彈簧 06.9377-1404.1，得到 N，5 . 5/5 . 63 .116Fei； mmLeinormal6 .17442. 6R由公差計算，得到。mmLeimmLei17.18max,34

42、.16minNFKR82.131442. 6)3 .166 .17()5 . 63 .116(max由控制氣閥回位彈簧，06.9377-2004.1, 得到，NFTV5 . 010，4 .101L69. 0R由公差計算得到，。7 . 9min1L1 .11max1L由公式 6.7，NFTV02. 969. 0) 1 .114 .10()5 . 010(min由公式 6.8，NFVA67.47)2940(1 . 014. 3418 . 022NFfriction10NFPTMC15.18171 . 014. 3418 . 02NFTMCreturn18NFFFFFFFFTMCreturnPTMC

43、frictionVATVeiBScr17. 5minminmin所以，符合要求。517. 5crF通過上述計算可見，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)整彈簧抗力實現(xiàn)起始力、回復(fù)力的調(diào)節(jié)。4.助力比的計算助力比按公式 6.9 計算。 （6.9）2221DDID1 反饋盤直徑，mm;D2 空氣閥直徑，mm。所以，59. 5112622I6.2 助力器理論特性曲線的繪制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 中的計算得到，制動啟動力為 90.57N。由 6.1.4 中的計算得到助力比為 5.59。最大助

44、力由實驗測得，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)。增跳值也有實驗測得，其值為1240N，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)計真空助力器的結(jié)構(gòu)設(shè)計焊接方式的推桿是最經(jīng)濟、可靠的結(jié)構(gòu)形式，球頭端 7.054-0.158是標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，長度根據(jù)客戶對安裝尺寸要求，通過公差計算而定?？紤]焊接工藝，焊接后組件比焊接前兩個零件長度短 1.4mm。當(dāng)客戶對于安裝尺寸有較高要求時，采用螺紋連接形式，螺紋長度至少

45、56mm。細螺紋效果更可靠。因為主要的力都有并緊螺母承擔(dān)，請注意保證并緊螺母的強度。如果推桿叉寬度很大（超過 30mm） ，需要加大推桿末端直徑，以保證有效連接，如圖 6.6。圖 6.6 推桿及推桿叉的設(shè)計要點SAA 真空助力器主要是基于 SABS 原有產(chǎn)品 06.9377-6031.4 的改進，而不是全新的設(shè)計，所以結(jié)構(gòu)設(shè)計的工作是對不符合性能要求和客戶要求的零件進行優(yōu)化。其中之一是要重新設(shè)計真空助力器的前、后殼體，把原來的前殼體加寬 6mm，另外就是要重新設(shè)計頂桿，使其到前殼體外端面的距離符合制動主缸上面的功能尺寸。頂桿是真空助力器中非常重要的一個零件，其軸向尺寸直接影響到真空助力器和制動

46、主缸的裝配性能，進而影響制動主缸的行程。因此，其軸向尺寸的精度要求很高，并且表面應(yīng)具有很好的耐磨性。頂桿大頭端面與反饋盤接觸，反饋盤是一種橡膠彈性元件。為保證正常助力，要求它們接觸良好，因此頂桿大頭端面要有很高的光潔度要求。另外，為了保證主缸活塞行程，頂桿的軸線和真空助力器軸線的重合度要求也很高，因此在頂桿的外面加了頂桿導(dǎo)向圈。真空助力器包含零件較多，這些零件的尺寸精度的好壞對產(chǎn)品性能有很大的影響。在這些零件的尺寸中，各個軸向尺寸的精度，尤其是控制閥體內(nèi)各個零件的軸向尺寸，對真空助力器能否按照先后次序正確地完成制動過程中的動作，有著至關(guān)重要的作用。因此在進行真空助力器結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須嚴(yán)格控制更

47、改零件的尺寸公差。7 制動主缸的設(shè)計制動主缸的設(shè)計制動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，通過制動管路輸送到 ABS 中或者直接到前后輪制動器中。對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。7.1 制動主缸的原理和結(jié)構(gòu)制動主缸的原理和結(jié)構(gòu)制動主缸的作用除了產(chǎn)生液壓之外，還必須能夠?qū)崿F(xiàn)如下幾條功能：1) 當(dāng)制動踏板沒有動作時，必須保證輪制動器沒有壓力。為此，制動主缸腔必須通過補償孔和儲液罐相連；2) 當(dāng)制動踏板開始動作時，主缸補償孔必須閉合以保證管路中產(chǎn)生液壓；3) 由于制動蹄片的磨損，必須有足夠的制動液從儲液罐通過制動主缸補充制動液損耗。因此，制動主缸設(shè)計成“閥”的結(jié)

48、構(gòu)形式，當(dāng)制動時，閥關(guān)閉，主缸與儲液罐斷開；當(dāng)非制動時，閥打開，主缸與儲液罐連通。7.2 公差分析公差分析尺寸鏈計算是制動主缸總成設(shè)計工作的基礎(chǔ)，尤為重要。原則上講，新產(chǎn)品開發(fā)時，對于所有的尺寸鏈都應(yīng)進行計算，一方面驗證行程、排量是否能滿足設(shè)計初衷，另一方面驗證零件是否存在干涉。尤其是主缸行程、排量、空行程等重要參數(shù)一定要仔細校核。制動主缸公差分析圖，如圖 7.1。圖 7.1 制動主缸公差分析圖第一腔行程 A 的公差計算過程，如表 7.1 所示。 減環(huán)之和hJ 增環(huán)之和hZ 封閉環(huán)bF表 7.1 第一腔行程 A 的公差計算代號NOMOAUA代號NOMOAUAa 1109.600.200-0.2

49、00c 129.710.035-0.035+j 135.2000.100-0.100h 137.600.110-0.110=hZ144.800.300-0.300b 244.550.050-0.050-hJ123.610.345-0.345b 111.200.100-0.100=bF21.190.645-0.645+d 10.550.050-0.050=hJ123.610.345-0.345圖 7.2 公差 A 的分析圖所以，第一腔行程mmA645. 019.21其它主要的公差計算的結(jié)果如表 7.2，計算過程見附錄 1。表 7.2 主要公差的計算結(jié)果代號MINNOMMAXA20.54521.1

50、9021.835B20.44020.75021.060B14.6005.0505.500C7.509D0.5951.1401.735E0.5851.1101.735F3.9654.6605.305G34.09534.89035.685H42.19042.65043.110I1.6202.1202.620J0.4650.9101.405K0.7001.4002.150L3.3654.2605.355M4.6005.0505.500N3.6504.2004.950P0.7651.5602.305Q41.20541.94042.675T0.6000.9001.050V1.0301.6902.350W

51、0.2150.7901.365X0.1500.4500.750Z30.1701.3202.6707.3 彈簧設(shè)計彈簧設(shè)計主缸中第一腔、第二腔彈簧對一個制動行程結(jié)束后，主缸內(nèi)部零件復(fù)位有直接的影響。調(diào)節(jié)主缸行程與排量，主要通過選擇不同的彈簧來實現(xiàn)。彈簧設(shè)計是主缸設(shè)計的重中之重。主缸彈簧設(shè)計主要包括選擇合適的鋼絲直徑，合適的圈數(shù)，以及彈簧力-行程關(guān)系的計算。主缸內(nèi)第一活塞回位彈簧和第二活塞回位彈簧都是左旋的。彈簧設(shè)計中的符號含義請見附錄 2，所有計算公式摘自 TEVES 彈簧設(shè)計準(zhǔn)則。1.第一腔彈簧的設(shè)計計算當(dāng)彈簧壓縮全行程（） ，剛好達到彈簧允許的最小長度，此1L2LnL時彈簧的設(shè)計是最優(yōu)化的。

52、所以，（7.1）travelLLLn12, Travel從主缸總成公差分析中得到1LmmtravelLLLn9 .2175.2065.4212（7.2）acnSLL（7.3）maxmax)2(dndnLtc（7.4）nddDSma)1 . 00015. 0(2根據(jù)經(jīng)驗值，取mmd05. 01 . 2（7.5）dDdDDTMCem4 . 1所以，mmDm7 .181 . 24 . 12 .22mmnnnnddDdnLmn9 .213 . 461. 2) 1 . 21 . 01 . 27 .180015. 0(15. 2)2()1 . 00015. 0()2(22max所以， 取74. 6n7 .

53、 6n（7.6）)(810341nLLDdGFm根據(jù)經(jīng)驗值，取NF951根據(jù)材料性質(zhì)，得2/80000mmNG 所以，)7 . 665.42(7 .181 . 288000095034LmmL05.640（7.7）dDwm（7.8）75. 05 . 0wwk所以，15. 175. 01 . 27 .185 . 01 . 27 .1875. 05 . 0dDdDkmm（7.9）1318FdDm所以， 231/48.488951 . 27 .188mmN（7.10）kk11所以，21/75.56115. 148.488mmNk（7.11）)(820342nLLDdGFm所以，NF1 .187)7

54、. 69 .2105.64(7 .181 . 2880000342（7.12）2328FdDm所以， 232/05.9621 .1871 . 27 .188mmN（7.13）kk22所以，22/36.110615. 105.962mmNk根據(jù)彈簧鋼絲材料性質(zhì)，從 Goodman 圖中得2/940mmNoz由于實際助力器/主缸工作壽命中，能夠完全利用主缸行程的次數(shù)有限，即彈簧完全壓縮的情況很少發(fā)生，所以對彈簧應(yīng)力來說，允許超2k過，因此要求滿足下式即可。oz（7.14）%66121khhzulkkkoz所以，%66%45.69%10075.56136.110675.561940121khhzul

55、kkkoz因此符合設(shè)計要求。從耐久方面考慮，要求（7.15）%2012kozk%20%35. 2%100) 115. 194036.1106(12kozk因此也符合耐久性方面的要求。彈簧在主缸中壓縮最大時的長度要大于彈簧的壓并長度：2LLcccLLLnL229 .217 .183 . 47 . 615. 23 . 415. 2所以也符合設(shè)計要求。所以得到第一腔彈簧的主要參數(shù)為7 .18, 1 . 2, 7 . 6,05.640mDdnL2.第二腔彈簧設(shè)計的計算過程當(dāng)彈簧壓縮全行程（） ，剛好達到彈簧允許的最小長度，此1L2LnL時彈簧的設(shè)計是最優(yōu)化的。所以，travelLLLn12, Trav

56、el從主缸總成公差分析中得到1LmmtravelLLLn7 .1319.2189.3412acnSLLmaxmax)2(dndnLtcnddDSma)1 . 00015. 0(2根據(jù)經(jīng)驗值，取mmd05. 07 . 1dDdDDTMCem4 . 1所以，mmDm1 .197 . 14 . 12 .22mmnnnnddDdnLmn7 .135 . 3242. 2)7 . 11 . 07 . 11 .190015. 0(75. 1)2()1 . 00015. 0()2(22max所以， 取55. 4n5 . 4n)(810341nLLDdGFm根據(jù)經(jīng)驗值，取NF501根據(jù)材料性質(zhì)，得2/80000

57、mmNG 所以，)5 . 489.34(1 .197 . 188000050034LmmL66.530, dDwm75. 05 . 0wwk所以，12. 175. 07 . 11 .195 . 07 . 11 .1975. 05 . 0dDdDkmm1318FdDm所以， 231/99.494507 . 11 .198mmNkk11所以，21/39.55412. 199.494mmNk)(820342nLLDdGFm所以，NF44.106)5 . 47 .1366.53(1 .197 . 18800003422328FdDm所以， 232/7 .105344.1067 . 11 .198mmN

58、kk22所以，22/144.118012. 17 .1053mmNk根據(jù)彈簧鋼絲材料性質(zhì)，從 Goodman 圖中得2/980mmNoz由于實際助力器/主缸工作壽命中，能夠完全利用主缸行程的次數(shù)有限，即彈簧完全壓縮的情況很少發(fā)生，所以對彈簧應(yīng)力來說，允許超2k過，因此要求滿足下式即可。oz%66121khhzulkkkoz所以，%66%02.68%10039.554144.118039.554980121khhzulkkkoz因此符合設(shè)計要求。從耐久方面考慮，要求。%2012kozk%20%5 . 7%100) 112. 1980144.1180(12kozk因此也符合耐久性方面的要求。彈簧在

59、主缸中壓縮最大時的長度要大于彈簧的壓并長度：2LLcccLLLnL227 .13375.115 . 35 . 475. 15 . 375. 1所以也符合設(shè)計要求。所以得到第二腔彈簧的主要參數(shù)為1 .19, 7 . 1, 5 . 4,66.530iDdnL7.4 制動主缸缸體設(shè)計的要點制動主缸缸體設(shè)計的要點主缸出油口的長度 的確定：l圖 7.3 出油口長度設(shè)計如圖 7.3，為了保證螺紋連接的強度，要求 d 4.5mm，由此確定的長度。內(nèi)孔研磨后粗糙度要達到 Rz 8l主缸內(nèi)孔，口端，底部，進油口，出油口（如下圖 7.4 所示）均已標(biāo)準(zhǔn)化。根據(jù)客戶的要求及主缸內(nèi)部裝配零件的不同而選擇合適結(jié)構(gòu)。圖

60、7.4 主缸缸體的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)7.5 制動主缸缸體的三維模型設(shè)計制動主缸缸體的三維模型設(shè)計制動主缸缸體是制動主缸中形狀最為復(fù)雜的零件，因此其建模過程需要較長的時間。首先做的主缸毛坯的三維模型，在建模過程中把其分為三個主要的部分，活塞缸部分，法蘭部分，進、出油口部分。再把這幾個部分的實體用 CATIA 的實體運算組合起來，如圖 7.5。法蘭活塞缸進油口出油口圖 7.5 制動主缸缸體毛坯三維模型在缸體毛坯建模之后，再根據(jù) ATE 的標(biāo)準(zhǔn)把缸體進油口、出油口的細節(jié)的實體，主缸活塞腔的細節(jié)的實體建模出來，如圖 7.6、7.7、7.8。這些細節(jié)實體都是通過在 SKETCH 中建立草圖，然后再旋轉(zhuǎn)而成的。圖