基于AutoCAD真空助力制動(dòng)器的設(shè)計(jì)

1、天津工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：基于AutoCAD真空助力制動(dòng)器的設(shè)計(jì) 摘 要真空助力器是汽車制動(dòng)系統(tǒng)的重要部件，本文對(duì)對(duì)基于AutoCAD真空助力器的設(shè)計(jì)過程進(jìn)行了詳細(xì)的研究。國(guó)際現(xiàn)代汽車制動(dòng)控制技術(shù)正朝著電子制動(dòng)控制方向發(fā)展。全電制動(dòng)控制因其巨大的優(yōu)越性，將取代傳統(tǒng)的以液壓為主的傳統(tǒng)制動(dòng)控制系統(tǒng)。目前國(guó)內(nèi)配件廠家主要設(shè)計(jì)方法是采用對(duì)進(jìn)口車輛配置的真空助力器產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)繪仿制，并針對(duì)國(guó)產(chǎn)車輛的實(shí)際要求加以修改設(shè)計(jì)，得到適應(yīng)國(guó)產(chǎn)車輛制動(dòng)系統(tǒng)的產(chǎn)品。傳統(tǒng)真空助力器的設(shè)計(jì)工作,往往是根據(jù)已有產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)繪或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來完成,對(duì)其性能的評(píng)定,也只能是等實(shí)際產(chǎn)品制造出來之后,對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn),才能得到各項(xiàng)指標(biāo)

2、。如果不滿足要求,就需要進(jìn)行局部修改或重新設(shè)計(jì)。顯然,這要浪費(fèi)很多時(shí)間,也不利于節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本針對(duì)傳統(tǒng)汽車零部件設(shè)計(jì)方法的局限性。本課題主要利用AutoCAD軟件，將傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法與計(jì)算機(jī)相結(jié)合,縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期,提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的水平和質(zhì)量。通過建圖形庫(kù)、表格以及巧用設(shè)計(jì)中心等一系列方法，提高了汽車制動(dòng)器設(shè)計(jì)效率,縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，節(jié)約設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)成本。關(guān)鍵詞：真空助力器、AutoCADABSTRACTAutomotive Vacuum Brake Booster is an important component of Automobile Braking Systems, this pap

3、er does detail the process of research about Automotive Vacuum Brake Booster based on AutoCAD. International modern automobile brake control technology is moving in the direction of the development of electronic brake control. Because the great advantages of all-electric braking control, it will rep

4、lace the traditional brake control system which the main is hydraulic. At present, designing Automotive Vacuum Brake Booster have the main way at home. Imitate of surveying and mapping the vehicles on imported, and modified and design domestic vehicles against the practical demand, and obtain produc

5、ts adapted to the domestic vehicle braking systems. Design work of traditional Automotive Vacuum Brake Booster, often based on survey and mapping products or the basis of their experience .We can get the indicators after producting actual products and experiment them. If they are not satisfied with

6、the demand, we must do local modification or re-design. Obviously, this should be a lot of time wasted, and dont save the economic cost. The way of traditional automotive design has some limitations. The topics uses the software of AutoCAD, and combine the traditional design methods and computer to

7、shorten the product development cycle and improve the level of product design and quality. Through building graphics and using design center, etc. we improve the design efficiency of the Automotive Vacuum Brake Booster, shorten the product development cycle, and save the economic cost of design.Key

8、words: Automotive vacuum brake booster ; AutoCAD目 錄第一章 緒論 11.1汽車制動(dòng)系統(tǒng)及助力器簡(jiǎn)介1 1.2汽車真空助力器的設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀 2 1.3本文的研究?jī)?nèi)容和方法 2第二章 真空助力器的結(jié)構(gòu)與理論計(jì)算42.1真空助力器的結(jié)構(gòu)與工作原理 42.2勞克希德制動(dòng)主缸62.3真空助力器結(jié)構(gòu)種類的選擇72.4 真空助力器的性能指數(shù)與特性曲線定義92.5 真空助力器的主要計(jì)算11第三章 基于AutoCAD真空助力器的設(shè)計(jì)過程233.1 AutoCAD發(fā)展簡(jiǎn)介及主要功能233.2 創(chuàng)建圖塊、圖庫(kù)243.3通過零件圖繪制裝配圖 30結(jié)論32參考文獻(xiàn) 33

9、附錄（外文翻譯）34謝辭48第一章 緒論1.1汽車制動(dòng)系統(tǒng)及助力器簡(jiǎn)介 汽車的制動(dòng)系統(tǒng)具有以下四個(gè)基本組成部分：（1）供能裝置：供給、調(diào)節(jié)制動(dòng)所需能量以及改善傳能介質(zhì)狀態(tài)的部件。其中產(chǎn)生制動(dòng)能量的部分稱為制動(dòng)能源。人的肌體可作為制動(dòng)能源。（2）控制裝置：產(chǎn)生制動(dòng)動(dòng)作和控制制動(dòng)效果的部件。如圖1-1 中的制動(dòng)踏板機(jī)構(gòu)即是最簡(jiǎn)單的一種控制機(jī)構(gòu)。（3）助力裝置：增加制動(dòng)強(qiáng)度和減輕制動(dòng)的腳踏板力的部件。如圖1-1中的真空助力器。（4）傳動(dòng)裝置：將制動(dòng)能量傳輸?shù)街苿?dòng)器的各個(gè)部件，如圖1-1 中的制動(dòng)主缸。（5） 制動(dòng)器：產(chǎn)生阻礙車輛運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力(制動(dòng)力)的部件，如圖1-1 中的鼓式制動(dòng)器和盤式制動(dòng)

10、器。為了增加制動(dòng)強(qiáng)度和減輕制動(dòng)的腳踏板力，在汽車制動(dòng)系統(tǒng)中常常加助力裝置，其中真空助力是常見的一種助力裝置，它利用發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管真空或輔助真空泵產(chǎn)生的真空幫助駕駛員減輕用于制動(dòng)的力。真空助力器安裝在制動(dòng)踏板推桿與主缸之間，當(dāng)進(jìn)氣歧管真空用作助力器的動(dòng)力時(shí)，從進(jìn)氣歧管到膜片組件用軟管連接起來。裝有制動(dòng)真空器的汽車制動(dòng)系統(tǒng)示意于圖1-11制動(dòng)踏板2.真空助力器 3.制動(dòng)軟管 4.儲(chǔ)油罐 5.制動(dòng)主缸 6.盤式制動(dòng)器7.鼓式制動(dòng)器 圖1-1 真空伺服制動(dòng)系統(tǒng)示意圖真空助力器是汽車制動(dòng)系統(tǒng)的重要部件。它具有體積小，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙，助力效果顯著的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于汽車真空助力系統(tǒng)中.它的作用是將駕駛員作用

11、在主缸活塞上的力放大，使傳遞到輪缸及卡鉗活塞的制動(dòng)液的壓力提高，改善剎車性能。真空助力器裝置利用與大氣壓力相對(duì)的發(fā)動(dòng)機(jī)真空度或者外部真空泵產(chǎn)生應(yīng)用能量，幫助進(jìn)行制動(dòng)。1.2汽車真空助力器的設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀真空助力器在多數(shù)汽車制動(dòng)中均有應(yīng)用。這種產(chǎn)品相對(duì)獨(dú)立，在整車廠家進(jìn)行汽車設(shè)計(jì)過程時(shí)，通常根據(jù)汽車的類型確定所需要的制動(dòng)能力，進(jìn)一步確定制動(dòng)主缸的性能， 結(jié)合駕駛員提供的踏板力大小可確定對(duì)真空助力器的性能要求，依據(jù)車內(nèi)空間的布置來確定所需要的真空助力器安裝尺寸，然后根據(jù)這些參數(shù)對(duì)市場(chǎng)上己有的產(chǎn)品進(jìn)行選擇。而對(duì)于助力器配件生產(chǎn)廠家，則是面向主要車型的需求，針對(duì)性的開發(fā)出幾種型號(hào)的產(chǎn)品。因此，真空助力器

12、的設(shè)計(jì)開發(fā)并沒有確定的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)則，對(duì)于某一個(gè)生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品，雖然具有不同的型號(hào)，但是系列化與通用性仍不完善。目前國(guó)內(nèi)配件廠家主要設(shè)計(jì)方法是采用對(duì)進(jìn)口車輛配置的真空助力器產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)繪仿制，并針對(duì)國(guó)產(chǎn)車輛的實(shí)際要求加以修改設(shè)計(jì)，得到適應(yīng)國(guó)產(chǎn)車輛制動(dòng)系統(tǒng)的產(chǎn)品，因此可以看出真空助力器的設(shè)計(jì)開發(fā)及系列化工作仍然有待改進(jìn)。一般廠家的設(shè)計(jì)均是針對(duì)具體車型的應(yīng)用，并沒有形成完全適應(yīng)市場(chǎng)的系列，而且現(xiàn)有的產(chǎn)品也是根據(jù)國(guó)外真空助力器產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)繪設(shè)計(jì)的，企業(yè)并沒有自主設(shè)計(jì)的能力。1.3 本文的研究?jī)?nèi)容和方法本課題的研究方向是汽車制動(dòng)系統(tǒng)中的重要部件真空助力器（Automotive Vacuum Brake Boo

13、ster)基于AutoCAD的設(shè)計(jì)。本課題的主要研究?jī)?nèi)容是針對(duì)真空助力器的設(shè)計(jì)過程的特點(diǎn)，結(jié)合AutoCAD使設(shè)計(jì)繪圖更加簡(jiǎn)便、快捷，使企業(yè)在開發(fā)新產(chǎn)品時(shí)縮短開發(fā)周期、節(jié)約開發(fā)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益。在AutoCAD實(shí)際繪圖中，需要重復(fù)繪制同樣的圖形，如螺釘、螺母、墊圈這樣的標(biāo)準(zhǔn)件圖形以及輸入桿、輸出桿等主要零件。為提高繪圖效率，本文中將這樣的圖形定義成塊，再由多個(gè)塊構(gòu)成圖形庫(kù)。把螺釘、螺母、墊圈等定義成“標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)”；輸入桿、輸出桿等定義成“主要零件庫(kù)”。當(dāng)需要繪制它們時(shí)，利用AutoCAD的設(shè)計(jì)中心，可以很方便地將圖形庫(kù)中的圖形插入到當(dāng)前圖形中。此外，由于不同型號(hào)的真空助力器中一些零件的尺寸會(huì)有

14、變化，本文把這些零件中的主要零件制成了“表格庫(kù)”，當(dāng)繪制零件圖時(shí)，打開圖形，雙擊表格，出現(xiàn)“增強(qiáng)屬性編輯器”對(duì)話框，設(shè)置對(duì)應(yīng)的屬性值即可。通過建立圖庫(kù)，可以使AutoCAD繪圖更加便捷。此外,還可以通過零件圖繪制裝配圖。當(dāng)繪制好真空助力器的全部零件圖之后（可以從圖庫(kù)中調(diào)），利用AutoCAD，將它們拼裝成裝配圖，驗(yàn)證各零件設(shè)計(jì)的正確性，例如驗(yàn)證零件尺寸是否合適、零件之間是否出現(xiàn)干涉等。第二章 真空助力器的結(jié)構(gòu)與理論計(jì)算2.1真空助力器的結(jié)構(gòu)與工作原理真空助力器由幾個(gè)主要零部件組成，包括前后殼組件、閥桿總成、真空閥座、推桿組件、膜片、反應(yīng)盤、消聲器、濾清器、防塵罩等，結(jié)構(gòu)形式如圖2.2所示。 真

15、空助力器的真空閥座10由塑料壓制，內(nèi)有連通前腔和控制閥腔的通道A，以及連通后腔與控制閥腔的通道B，橡膠菌形閥19與真空閥座內(nèi)壁的月形槽組成真空閥門，又與柱塞閥20的端面組成大氣閥門。柱塞閥與柱塞桿13后端的球頭鉸接，在真空助力器不工作時(shí)，彈簧3將柱塞桿連同真空閥座一起推到右邊極限位置，此時(shí)真空閥門開啟，大氣閥門關(guān)閉，形成前后腔連通，并與大氣隔絕的狀態(tài).在發(fā)動(dòng)機(jī)工作，且真空單向閥5被吸開時(shí)，伺服氣室左右兩腔都具有一定的真空度。 當(dāng)剛踏下制動(dòng)踏板時(shí)，起初伺服氣室尚未起作用，真空閥座不動(dòng)，踏板力經(jīng)過杠桿放大作用到柱塞桿并壓縮彈簧3，連同柱塞閥一起相對(duì)真空閥座左移，當(dāng)柱塞閥與橡膠反應(yīng)盤9之間的間隙消除

16、后，控制力就經(jīng)過反應(yīng)盤與主缸推桿組件，使制動(dòng)主缸內(nèi)產(chǎn)生一定的壓力并傳到制動(dòng)輪缸。 橡膠反應(yīng)盤裝在由柱塞閥、真空閥座和制動(dòng)主缸推桿形成的密閉空間中，因?yàn)橄鹉z是提及不可壓縮的柔性材料，具有和液體一樣的傳遞壓力的性質(zhì)，故經(jīng)過橡膠反應(yīng)盤的傳動(dòng)后，推桿從反應(yīng)盤得到的力大于柱塞閥加在反應(yīng)盤上的力，而推桿的位移小于柱塞閥的位移。與此同時(shí)，菌形閥在彈簧11的作用下，繼續(xù)向左移動(dòng)，直到與真空閥座上的月形槽接觸，關(guān)閉了真空閥座，A通道被關(guān)閉，伺服氣室左右兩腔被隔開，即后腔與真空源隔開。隨著控制推桿繼續(xù)前進(jìn)，柱塞閥克服彈簧11的壓緊力，離開菌形閥，這樣，外界大氣便經(jīng)過濾清器和消聲器15進(jìn)入控制閥腔，并通過通道B進(jìn)入

17、伺服氣室的后腔，使后腔的真空度降低，在此過程中，膜片7與閥座也不斷前移，直到閥門重新與大氣閥座接觸而達(dá)到平衡狀態(tài)為止。因此，在任何一個(gè)平衡狀態(tài)下，伺服氣室后腔中的穩(wěn)定真空度均與踏板行程成遞增函數(shù)關(guān)系。伺服氣室兩腔真空度差值所造成的作用力，除一部分用來平衡回位彈簧的作用力以外，其余都作用在反應(yīng)盤上，因此，制動(dòng)主缸推桿受到的力為真空閥座和柱塞閥二者所施作用力之和.這意味著駕駛員所施加的踏板力不僅要足以促動(dòng)控制閥，并使制動(dòng)主缸產(chǎn)生一定液壓，而且還要足以平衡與伺服氣室作用力成正比的經(jīng)反應(yīng)盤反鎖回來的力，這樣，駕駛員便可以通過所加的踏板力的大小來感知伺服氣室的作用力大小，具有一定的踏板感。工作原理說明如

18、下:（1）真空助力器不工作時(shí)真空閥門打開，大氣閥門關(guān)閉。此時(shí)前腔和后腔的真空度是相同的，在回位彈簧的作用下保持平衡狀態(tài)。（2）開始工作時(shí)，但后腔的壓力還未達(dá)到完全的大氣壓力。此種情況如下圖。圖2-3 開始工作示意圖（3）滿負(fù)荷工作狀態(tài)時(shí)，還是關(guān)閉真空閥門，把大氣閥門完全打開，使后腔的壓力完全變成大氣壓。如下圖。圖2-4 滿負(fù)荷工作狀態(tài)圖（4）當(dāng)關(guān)上空氣閥,開啟真空閥.膜片兩側(cè)再次具有相同的真空.圖2-5 平衡狀態(tài)圖2.2勞克希德制動(dòng)主缸以上部分介紹了真空助力器基本情況，其中包括了它的種類結(jié)構(gòu)以及工作原理和過程。由于真空助力器是整個(gè)助力過程的一個(gè)部分件，要產(chǎn)生助力作用還必須得有液壓機(jī)構(gòu)，此時(shí)就必

19、需應(yīng)該有產(chǎn)生液壓力的裝置即安裝在真空助力器后的一部分為主缸，下面來了解一下主缸的結(jié)構(gòu)以及原理。圖2-6為一種串列雙腔式結(jié)構(gòu)叫做勞克希德制動(dòng)主缸，直接與真空助力器連接，用于雙回路的制動(dòng)系統(tǒng)。其工作原理見圖2-5。制動(dòng)液從貯液罐通過旁通孔(2)、(7)和補(bǔ)償孔(3)、(9)供給制動(dòng)主缸的前后腔。踩下制動(dòng)踏板，主缸推桿(11)向左推后活塞(10)，密封圈(3)和后活塞(10)一起遮斷旁通孔(7)，切斷了與貯液耀的聯(lián)系。同時(shí)前活塞(4)借助彈簧(6)的推動(dòng)，也遮斷旁通孔(2)，由此形成主缸中彼此分離的兩個(gè)腔。主缸推桿(11)繼續(xù)推動(dòng)后活塞(10)和前活塞(4)左移，兩腔液壓同時(shí)升高。后回路通孔(12)

20、輸出的液壓通過感載閥調(diào)節(jié)后控制后制動(dòng)輪缸；前回路通孔(15)輸出的液壓控制前制動(dòng)輪缸。在制動(dòng)主缸的邊腔內(nèi)，輸入前輪缸的液壓作用于傳感活塞(13)的一個(gè)側(cè)面；而輸入后感載閥的液壓則作用于它的另一側(cè)面。液壓平衡時(shí)，傳感活塞不動(dòng)。如果兩條回路之一有泄漏，傳感活塞(13)將向液壓降低的一側(cè)移動(dòng)。當(dāng)兩腔液壓之差達(dá)到l 9526巴時(shí)，傳感活塞將推動(dòng)傳感器推扦(14)以發(fā)出信號(hào)。圖2-6 制動(dòng)主缸的工作原理1-回位彈簧；2-旁通孔；3-補(bǔ)償孔；4-前活塞；5-皮圈；6-回位彈簧；7-旁通孔；8-皮圈；9-補(bǔ)償孔；10-后活塞；11-主缸推桿；12-后管路通孔；13-傳感器；14-制動(dòng)液壓不足傳器推桿；15前

21、管路通孔真空助力器有三種常用的型式：（1） 有反作用桿的單膜片；（2） 帶有反作用盤的單膜片（如圖2-7）；（3） 帶有反作用盤的串聯(lián)（雙）膜片（如圖2-8）。帶有反作用桿的單膜片通過桿件裝置提供力（反作用回來）到制動(dòng)踏板。帶有反作用盤的單膜片通過橡膠反作用盤提供力到制動(dòng)踏板。串聯(lián)膜片有兩個(gè)膜片共同工作來提供力。通過以上三種類型的比較，第一種類型適用于微型轎車，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，占用空間小，但是在踏板推桿和主缸第一活塞之間沒有緩沖裝置，剛度較大，噪聲大。而串聯(lián)式真空助力器結(jié)構(gòu)復(fù)雜體積較大，占用空間大，適合于大型商用車輛。第二種類型，帶有反作用盤的單膜片式，不僅具有第一種的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便等

22、的優(yōu)點(diǎn)而且在踏板推桿和和主缸第一活塞桿之間安了一塊反作用橡膠盤它能夠起到緩沖作用吸收從主缸反作用回來的力，所以，這種助力器比較常用，一般轎車都是使用這種類型。圖2-7 真空助力器構(gòu)造1-踏板推桿；2-空氣濾芯；3-真空閥座；4真空通道；5-空氣閥；6-膜片座；7-密封墊；8-橡膠反作用盤；9-回位彈簧；10-前加力室罩；11-密封墊；12-推桿；13-后加力室罩；14-通氣道；15-空氣閥道；16-真空閥；17回位彈簧；A-加力器室前罩；B-加力器室后腔 圖2-8 貝迪塔廉Z25雙膜片真空助力器1-制動(dòng)主缸；2-制動(dòng)液箱；3-制動(dòng)液低液面?zhèn)鞲衅鳎?-膜片回位彈簧；5-伺服氣室殼體；6-膜片；7

23、-活塞（膜片座）8-氣封；9-空氣濾器裝置；10-主推桿；11-橡膠防塵罩12-推桿彈簧；13-滑閥彈簧； 14-滑閥；15-盤閥；16-間隔襯套；17-氣封；18-制動(dòng)主缸活塞推桿；19-單向閥；20-密封圈；21-盤狀閥門；22-真空閥座2.4 真空助力器的性能指數(shù)與特性曲線定義 根據(jù)中華人民共和國(guó)汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T307-1999真空助力器技術(shù)條件中所規(guī)定的汽車真空助力器的性能要求，界定了下列性能指標(biāo)，并有相應(yīng)的技術(shù)要求。 2.4.1 定義 (1) 始動(dòng)力 使真空助力器產(chǎn)生輸出力時(shí)的最小輸入力 (2) 釋放力真空助力器的輸入力連續(xù)下降的過程中，其輸出力降為零時(shí)的輸入力 (3)跳躍值 通

24、過始動(dòng)力的點(diǎn)作的垂線與助力器的助力比比特性線的延長(zhǎng)線的交點(diǎn) (4)最大助力點(diǎn) 在真空助力器特性曲線中，助力比特性線的延長(zhǎng)線與輸入力和輸出力的增量比例為 1的直線的延長(zhǎng)線的交點(diǎn) (5)助力比 在助力器特性曲線中，跳躍區(qū)以上，最大助力點(diǎn)以下的性能區(qū)域內(nèi)，輸出力的增量與輸入力的增量之比 (6)全行程 在未裝擋塊及主缸狀態(tài)下，真空助力器輸出推桿的最大行程 (7)反應(yīng)時(shí)間 在真空助力器正常工作條件下，快速制動(dòng)，從加力到最大助力點(diǎn)的97%所用的時(shí)間 (8)空行程 助力器的輸入推桿由靜止位置開始，位移到助力器的輸出桿開始運(yùn)動(dòng)時(shí)的行程 2.4.2 特性曲線標(biāo)準(zhǔn)形式及要求 特征曲線的標(biāo)準(zhǔn)形式見圖2.9，該特性曲

25、線應(yīng)符合下列要求: (1)始動(dòng)力Fa110N. (2)釋放力Fa130N. (3)跳躍值Jp按圖紙要求。 (4)輸入力分別為最大助力點(diǎn)的30%時(shí)，80%時(shí)，及最大助力點(diǎn)時(shí)輸出力應(yīng)在理論設(shè)計(jì)特性曲線的正負(fù)10%范圍之內(nèi)。 (5)助力比It應(yīng)為理論設(shè)計(jì)值的95%以上。 (6)特性曲線不應(yīng)出現(xiàn)任何不規(guī)則或不連續(xù)。圖2.9 真空助力器特性曲線的標(biāo)準(zhǔn)形式2.5 真空助力器的主要計(jì)算2.5.1 真空助力器的力平衡方程 當(dāng)踏動(dòng)制動(dòng)踏板使助力器控制推桿受到一定的輸入力F0作用運(yùn)行一定的行程后，此時(shí)真空閥座受到膜片包括膜片托盤的推力作用向前移動(dòng)，由于閥桿總成中空氣閥座的回位彈簧以及反應(yīng)盤的反力作用下控制推桿相對(duì)

26、于真空閥座后移，使空氣閥座關(guān)閉，這樣，空氣不在進(jìn)入真空助力器的后腔即加力氣室，而在真空閥口關(guān)閉時(shí)，后腔與前腔保持一定的氣壓差，使助力不在增加，此時(shí)助力器則處于平衡狀態(tài)?？梢粤谐鋈缦缕胶夥匠淌?Fp=F0+P0A1-A3+PA3-A2-F1 （2.1）其中：Fp 助力器的輸出力 F0 作用于控制推桿的輸出力 P0 前后腔的壓力差 A1 助力膜片的總有效面積 A2 主缸推桿的柄部截面積 A3 真空閥體柄部截面積P 前缸的真空度 F1 回位彈簧的作用力式2.1可改寫為: FP=F0+P0A1+P-P0A3-PA2-F1 (2.2) 由式2.2可以看出前后腔的氣壓差P0 等于前腔的真空度P時(shí)(即后腔充

27、滿空氣而達(dá)到最大助力點(diǎn)時(shí))則有: FP=F0+PA1-A2-F1 （2.3）真空度是指大氣壓與真空狀態(tài)的氣壓值之差。正常工作時(shí)，前腔的真空度尸為67KPa，前后腔的氣壓差在行程中處于0-67KPa范圍之內(nèi)。因此，隨著后腔真空度的下降，式2.2中(P-P0)A3這一項(xiàng)值越來越小，即由真空閥座柄部所影響的輸入力也越來越小，直至為零，其變化規(guī)律是一個(gè)減函數(shù)。而當(dāng)真空閥座不斷前移的過程中，前腔的回位彈簧的作用力F1是逐漸增加的，其變化規(guī)律是一個(gè)增函數(shù)，假設(shè)將上述的互為相反的兩個(gè)函數(shù)的變化值近似認(rèn)為相等時(shí)，則可以將F1看成在過程中保持不變的值。 那么，由氣壓差產(chǎn)生的伺服力，即輸出力與輸入力之差為: FS

28、=P（A1-A2） （2.4）輸入力Fo有一部分用來克服閥桿總成中空氣彈簧的回位抗力F3，另一部分才是有效輸入力F0'，它通過柱塞閥作用在反應(yīng)盤上，其大小為: F0'=F0-F3 (2.5)由氣壓差產(chǎn)生的伺服力有一部分用來克服回位彈簧的壓力Fl，還有一部分克服F3,然后才作用于反應(yīng)盤上，因此，作用在反應(yīng)盤上的有效伺服力為: FS'=PA1-A2-F1+F3 (2.6)將式2.5和式2.6代入式4.2,可以看出: FP=F0'+FS' (2.7)反應(yīng)盤上所承受有效助力FS'的面積規(guī)定為副面，承受有效輸入力F0'的面積稱為主面,見圖2.10

29、圖2.10 反應(yīng)盤主副面示意圖當(dāng)助力器處于平衡狀態(tài)時(shí)有: FS'(D2-d2)4=F0'd24 (2.8)其中:D 反應(yīng)盤副面直徑 d 反應(yīng)盤主面直徑 2.5.2 真空助力器的助力比的計(jì)算 真空助力器由加力氣室的膜片受氣壓差的作用所產(chǎn)生的有效伺服力Fs´與有效輸入力F0'的比稱為伺服比Is，可以用下式表示它的值: Is=FS'F0'=(D2-d2)d2 (2.9) 真空助力器的助力比It是指真空助力器的輸出力Fp與有效輸入力F0'的比，其值可用下式表示: It=FpF0'=FS'+F0'F0'=1+Is

30、(2.10)真空助力器廣泛應(yīng)用于各種車型上，因此，它的性能與結(jié)構(gòu)大小也隨著適用車型的不同而改變，基本規(guī)律是噸位排量越大的車輛，所需要的制動(dòng)力也越大，因此，相匹配的真空助力器的助力比也隨之增大。表2.1總結(jié)了基本車型一般配備的真空助力器的性能參數(shù)。表2.1 配備真空助力器車型略覽表車型真空助力器助力比載貨汽車微型貨車 Ga1.8t23輕型貨車1.8t<Ga6t34轎車微型轎車V1L23普通級(jí)轎車V1.6L34中高級(jí)轎車1.6L<V4L高級(jí)轎車V>4L從該表中還可以看出，真空助力器的主要適用范圍是噸位較小、排量較小的輕型載貨汽車和轎車，因此，在設(shè)計(jì)參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，主要針對(duì)的目標(biāo)

31、是助力比在2-5范圍內(nèi)的真空助力器的設(shè)計(jì)方法確定。2.5.3真空助力器的特性曲線方程 考慮到真空助力器的效率，則由式2.1得助力器達(dá)到最大助力點(diǎn)之前的輸出力Fp為 Fp=F0+P0A1-A3+PA3-A2-F1 (2.11)其中，可以取值0.85-0.95 由式2.3得到當(dāng)助力器達(dá)到最大助力點(diǎn)時(shí)，前后腔的氣壓差達(dá)到最大值(即Po=P), 則有: Fp=F0+PA1-A2-F1 (2.12) 當(dāng)真空助力器的輸出力超過最大助力點(diǎn)后，前后腔的真空度差保持不變，上式中的 P(A1-A2)為一常數(shù)，輸出力與輸入力線性增長(zhǎng)，因此，上式可以計(jì)算最大助力點(diǎn)以后的輸出力的值。 式2.7如果考慮到效率，則有: F

32、p=(FS'+F0') (2.13) 由式2.9可得: FS'=F0'Is (2.14)由式2.10可得: Fp=(F0-F3)It (2.15) 式2.15表明，輸入力只有大于FS'時(shí)才能產(chǎn)生輸出力。因此，最小輸入力(即助力器的始動(dòng)值)F的條件是: FF3 (2.16)始動(dòng)值就是真空助力器產(chǎn)生輸出力時(shí)的最小輸入力.實(shí)際操作中，柱塞閥的配合尺寸對(duì)助力器的系統(tǒng)啟動(dòng)值的偏移。當(dāng)柱塞閥相對(duì)較短時(shí)，助力器通過反應(yīng)盤的形變來補(bǔ)償相差的尺寸，也就是主面隆起，此時(shí)伺服力己經(jīng)產(chǎn)生，輸出力也就同時(shí)產(chǎn)生了。當(dāng)柱塞閥相對(duì)較長(zhǎng)時(shí)，助力器的起始階段不產(chǎn)生伺服力，而是通過反應(yīng)盤主面

33、的凹下來補(bǔ)償相差尺寸，此時(shí)輸入與輸出等量增長(zhǎng)。由此可見，控制啟動(dòng)值的有效手段是將助力器的配合尺寸設(shè)計(jì)在柱塞閥相對(duì)較短的范圍內(nèi)，以便使始動(dòng)值不會(huì)過大。 當(dāng)助力器處于非工作狀態(tài)時(shí)，前后腔的氣壓差為零，由式2.11可得: Fp=F0+PA3-A2-F1=0則: F0=F1-P(A3-A2) (2.17)而 F00 ,故有: F1(A3-A2) (2.18) 由于A2值比較小，可以忽略不計(jì)。因此，回位彈簧力F1僅與前腔的真空度及真空閥座柄部的面積有關(guān)。只有當(dāng)F1PA3時(shí)，真空閥座就會(huì)返程并靠在助力器的后殼體上。 在助力器失去真空度時(shí)，Po=0,P=0，式2-10變成: Fp=(F0-F1) 可見:真空

34、度為零時(shí)所需的最小輸入力Fb為: Fb>F1下圖為真空助力器在不同真空度下的輸入與輸出特性曲線。無(wú)助力真空度（80%）60%30%飽和點(diǎn)圖2-11 真空助力器助力特性曲線 一般設(shè)計(jì)的最大助力點(diǎn)時(shí)，對(duì)于乘用車，制動(dòng)踏板力可取200250N；對(duì)于商用車，制動(dòng)踏板力可取300450N。下列是某車型的制動(dòng)器助力器的具體數(shù)據(jù)：膜片的有效面積為；控制閥套管的截面積；橡膠反作用盤的截面積；控制活塞面積；制動(dòng)主缸推桿的柄部的截面積5。2.5.4 真空助力器輸入與輸出特性計(jì)算真空助力器的輸入、輸出特性根據(jù)主缸的類型不同，其計(jì)算方法也不同。主缸一般分為兩種類型，即短型和普通型。（1）與短型主缸配套的助力器的

35、特性計(jì)算當(dāng)踩下制動(dòng)踏板推動(dòng)助力器，打開大氣閥之前輸出為零。但要克服閥回位彈簧力和閥座彈簧力。當(dāng)打開大氣閥時(shí)，輸出力突然從零值升到一定的值，此值稱為跳躍力，如下圖，次跳躍力的計(jì)算公式為 （2-19）式中 -閥座彈簧力（N）； -閥回位彈簧力（N）； -大氣閥面積（），在設(shè)計(jì)中取為2.22。 -真空壓力。輸出力W/kN輸入力F/kN圖2-12 真空助力器輸入輸出特性曲線 （2-20）-真空度當(dāng)大氣閥打開后，真空助力器開始工作。當(dāng)助力最大時(shí)的作用力為（滿負(fù)荷工作時(shí)），其計(jì)算公式如下表示。 （2-21）式中 A-膜片有效面積（）；-主缸直徑（m）；取0.041m。 -回位彈簧力（N）；-柱塞閥滑動(dòng)阻力

36、（N） J-跳躍力（N）,由試驗(yàn)而定的常數(shù)；K-助力比。助力比K的定義為：作用于主缸活塞上的推桿力與輸入到真空助力器的踏板力之比，也就是真空助力器的輸出力與輸入力之比，即K=.輸出力W的計(jì)算方法如下：當(dāng)時(shí)（有真空度時(shí)） （2-22） （2-23） （2-24） （2-25）當(dāng)（無(wú)真空度時(shí)） 時(shí)，所以時(shí)，所以（2）與普通型主缸配套的助力器的特性計(jì)算跳躍力的計(jì)算公式相同。最大助力時(shí)的作用力的計(jì)算公式用下式表示： （2-26）式中 -推桿斷面的面積（）其中符號(hào)與公式上公式的符號(hào)意義相同。不同之處在于普通型主缸配套用推桿推主缸；短型主缸配套時(shí)，直接推主缸。輸出力W的計(jì)算方法如下：當(dāng)時(shí)（有真空度時(shí)）時(shí)，

37、所以W=0時(shí)，所以W=J （2-27）時(shí)， (2-28)當(dāng)(無(wú)真空度時(shí)) 時(shí)，所以W=0時(shí)，所以2.5.5踏板力液壓輸出特性在已知制動(dòng)助力器的輸入與輸出特性條件下，把助力裝置輸出力換算成液壓值，輸入力換成踏板力，那么，可以得到踏板力液壓特性輸出特性曲線，如下兩圖所示。液壓P/MPa踏板力T/N0圖2-13 短型主缸踏板力- 液壓輸出特性曲線液壓P/MPa踏板力T/N0 圖2-14 普通主缸踏板力-液壓輸出特性曲線首先，把助力裝置的輸入力F換算成踏板力T，其計(jì)算公式為 (2-29) 式中 T踏板力（N）； F助力裝置的輸入力（N）； 踏板的傳動(dòng)比； 踏板的傳動(dòng)效率。 其次，把助力裝置的輸出力W換

38、算成液壓值，其計(jì)算公式為 (2-30)式中 P液壓值（） W裝置的輸出力（N）； 主缸直徑（m）； 主缸的液壓損失（）助力器的轉(zhuǎn)換效率。以上的計(jì)算公式根據(jù)助力器的形式不同，應(yīng)采用不同的計(jì)算方法，下面分別進(jìn)行討論。1） 主缸為短型（MINI）當(dāng)真空助力器正常工作（有真空度）時(shí)，根據(jù)圖16可知：當(dāng)F=時(shí)，則W=J,此時(shí)踏板力 (2-31)液壓值 (2-32)當(dāng)時(shí)，則 此時(shí)踏板力 (2-33)液壓值 （2-34）當(dāng)時(shí)，則有，此時(shí)踏板力 (2-35)液壓值 (2-36)當(dāng)真空助力器不正常工作（沒有真空度）時(shí)，根據(jù)輸入輸出特性曲線得知：當(dāng)時(shí)，則W=0當(dāng)時(shí)，則，此時(shí)踏板力 (2-37) 液壓值 (2-38

39、) 把以上幾種情況分別描繪，就得到短型主缸踏板力-液壓輸出特性曲線。如圖2-13.2） 主缸為普通型（CONVE）當(dāng)真空助力器正常工作（有真空度）時(shí)，根據(jù)滿負(fù)荷工作狀態(tài)圖知：當(dāng)時(shí)，則W=J,此時(shí)踏板力 (2-39)液壓值 (2-40)當(dāng)時(shí)，則,此時(shí)踏板力 (2-41) 液壓值 (2-42)當(dāng)時(shí)，則有，此時(shí)踏板力 (2-43)液壓值 (2-46)式中,等符號(hào)意義見前面的說明。當(dāng)真空助力器不正常工作（沒有真空度）時(shí)，根據(jù)圖16知：當(dāng)時(shí)，則，此時(shí)踏板力 (2-47)液壓值 (2-48)把以上幾種工況分別進(jìn)行描繪就的到普通型主缸踏板力液壓輸出特性曲線。如圖2-14。第三章 基于AutoCAD真空助力器

40、的設(shè)計(jì)3.1 AutoCAD 發(fā)展簡(jiǎn)介及主要功能3.1.1 AutoCAD 的發(fā)展簡(jiǎn)介計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer-Aided Design）是隨著計(jì)算機(jī)、外圍設(shè)備及其軟件的發(fā)展而形成的一門新技術(shù)。AutoCAD技術(shù)思想起源于20世紀(jì)50年代末，美國(guó)麻省理工學(xué)院Sutherland 博士的研究工作；經(jīng)過三十多年的發(fā)展，AutoCAD技術(shù)得到了迅速普及，已經(jīng)成為電子信息技術(shù)的重要組成部分。AutoCAD是美國(guó)Autodesk公司1982年在微機(jī)上開發(fā)的繪圖軟件包，AutoCAD的版本不斷更新，更新的版本功能逐步增加，現(xiàn)已成為廣泛使用的繪圖工具。AutoCAD技術(shù)之所以能在短時(shí)間內(nèi)迅速發(fā)展，是

41、因?yàn)閹缀跬苿?dòng)了一切領(lǐng)域的設(shè)計(jì)革命，這一新技術(shù)的應(yīng)用將使人類的聰明才智和創(chuàng)造能力與計(jì)算機(jī)高速而精確的計(jì)算能力、大容量的存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理功能結(jié)合起來，使兩者相得益彰。它的發(fā)展與應(yīng)用水平已成為衡量一個(gè)國(guó)家的科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化和工業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一。CAD技術(shù)在機(jī)械領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用最廣，約占50%，在機(jī)械生產(chǎn)中，CAD技術(shù)不是單獨(dú)存在的，而是與CAM（Computer-Aided Manufacture）,CAPP(Computer-Aided Process Planning)等技術(shù)相聯(lián)系的。它充分運(yùn)用計(jì)算機(jī)高速運(yùn)算和快速繪圖的強(qiáng)大功能為產(chǎn)品設(shè)計(jì)服務(wù)，極大地提高了產(chǎn)品開發(fā)的速度和質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。3.1.

42、2 AutoCAD具有一下幾方面的主要功能（1）二維繪圖與編輯利用AutoCAD可以方便的創(chuàng)建各種基本二維圖形對(duì)象，如：直線、射線、構(gòu)造線、元、矩形等邊多邊形、多段線等；可以為指定的區(qū)域填充圖案；可以應(yīng)漸變色填充指定的區(qū)域或?qū)ο?；可以將圖形創(chuàng)建成塊，當(dāng)需要這些圖形時(shí)直接將其插入即可，把繪圖變成拼圖。（2）創(chuàng)建表格與其他文字處理軟件類似，利用AutoCAD可以直接創(chuàng)建或編輯表格（如合并單元格、插入表格列或行等）；還可以設(shè)置表格式樣，以便以后使用相同格式的表格。（3）標(biāo)注文字利用AutoCAD可以為圖形標(biāo)注文字，如標(biāo)注說明或技術(shù)要求等。用戶還可以設(shè)置文字式樣，以便按照不同字體、大小等設(shè)置標(biāo)注文字。

43、（4）標(biāo)注尺寸可以隨時(shí)更改已有標(biāo)注樣式；可以實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)標(biāo)注，即將標(biāo)注尺寸與被標(biāo)注對(duì)象建立關(guān)聯(lián)。建立關(guān)聯(lián)后，已有圖形對(duì)象的大小改變時(shí)，所標(biāo)注尺寸的尺寸值也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變。（5）三維繪圖與編輯AutoCAD允許用戶創(chuàng)建多種形式的基本曲面模型和實(shí)體模型。還可以通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃掠或放樣的方式，通過二維對(duì)象創(chuàng)建實(shí)體。可以由基本實(shí)體模型創(chuàng)建出復(fù)雜的模型或通過實(shí)體模型直接生成二維多視圖等。（6）視圖顯示控制在AutoCAD中可以方便地以多種方式放大或縮小所繪圖形或改變圖形的顯示位置。對(duì)于三維圖形，可以改變觀察視點(diǎn)，以便從不同角度顯示圖形；也可以將繪圖區(qū)域分成多個(gè)視口，從而能夠在各各視口從不同方位顯示同一圖

44、形。（7）繪圖實(shí)用工具AutoCAD設(shè)計(jì)中心提供了一個(gè)直觀、高效并且與Windows資源管理器類似的工具。利用此工具，用戶可以對(duì)圖像文件進(jìn)行瀏覽、查找以及管理有關(guān)設(shè)計(jì)內(nèi)容等各方面的操作；還可以將其他圖形或圖形中的命名對(duì)象（例如塊、圖層、文章式樣、尺寸標(biāo)注式樣及表格式樣等）插入到當(dāng)前圖形。（8）數(shù)據(jù)庫(kù)管理在AutoCAD中可以將圖形對(duì)象與外部數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，這些數(shù)據(jù)庫(kù)是由獨(dú)立于AutoCAD的其他數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序（如Access、Oracle等）建立的。（9）Internet功能AutoCAD提供了強(qiáng)大的Internet工具，使用戶之間能夠共享資源和信息。即使用戶不熟悉HTML編碼，利用A

45、utoCAD的網(wǎng)上發(fā)布向?qū)?，可以便捷地?chuàng)建格式化的Web頁(yè)。利用電子傳遞功能，可以將AutoCAD圖形及其相關(guān)文件壓縮成ZIP文件或自解壓的可執(zhí)行文件，然后將其以單個(gè)數(shù)據(jù)包的形式送給客戶、工作組成員或其他相關(guān)人員。（10）圖形的輸入、輸出用戶可以將不同格式的圖形導(dǎo)入AutoCAD或?qū)utoCAD圖形以其他格式輸出。AutoCAD允許通過繪圖儀或打印機(jī)將所繪圖形以不同式樣輸出。利用AutoCAD的布局功能，可以將同一三維圖形設(shè)置成 不同的打印設(shè)置，以滿足用戶的不同需求。3、2創(chuàng)建圖塊、圖庫(kù)在畫圖時(shí)會(huì)用到很多CAD的基本功能，如二維繪圖與編輯、創(chuàng)建表格、標(biāo)注文字、圖案填充等基本功能。考慮到在實(shí)際

46、繪圖中，經(jīng)常需要重復(fù)繪制同樣的圖形，如螺栓、螺母、墊圈及軸承，這樣的標(biāo)準(zhǔn)件圖形以及常用零件等。為提高繪圖效率，AutoCAD允許將這樣的圖形定義成塊，當(dāng)需要繪制它們時(shí)，將對(duì)應(yīng)的塊按指定的基點(diǎn)、比例和角度插入即可。此外，AutoCAD還允許用戶定義多個(gè)塊構(gòu)成圖形庫(kù)，并且利用AutoCAD的設(shè)計(jì)中心，可以很方便的將圖形庫(kù)中的圖形插入到當(dāng)前所繪圖形中。3、2、1定義真空助力器輸出軸塊定義過程： （1）重新關(guān)聯(lián)標(biāo)注繪制真空助力器輸出軸，標(biāo)注完尺寸以后要進(jìn)行關(guān)聯(lián)標(biāo)注。單擊“標(biāo)注”“重新關(guān)聯(lián)標(biāo)注”選項(xiàng)，然后按照命令行提示進(jìn)行操作，完成后圖形中被標(biāo)注對(duì)象發(fā)生變化，對(duì)應(yīng)的標(biāo)注也隨之發(fā)生變化調(diào)整。如圖3-1.

47、圖3-1 輸出軸（2）定義塊單擊“繪圖”工具欄上的“創(chuàng)建塊”按鈕,或選擇“繪圖”“塊”“創(chuàng)建”命令，即執(zhí)行BLOCK命令，打開“塊定義”對(duì)話框，在對(duì)話框中進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，如圖3-1. 圖3-2 塊定義對(duì)話框從圖3-2中可看出，將塊設(shè)為輸出軸；通過“拾取點(diǎn)”按鈕、 “選擇對(duì)象”進(jìn)行選擇，按鈕選中“轉(zhuǎn)化為塊”單選按鈕，單擊圖3-2中的“確定”按鈕，完成塊的定義。 （2）用INSERT命令插入塊當(dāng)用到真空助力器輸出軸時(shí)，選擇“插入”“塊”命令，即執(zhí)行INSERT命令，打開“插入”對(duì)話框，在該對(duì)話框中進(jìn)行先關(guān)設(shè)置，如圖3-3所示。從圖3-3中可以看出，通過“名稱”下拉列表選擇了塊；選中“在屏幕上指定”復(fù)

48、選框，表示將在屏幕上通過指定的方式確定塊的插入位置；塊的縮放比設(shè)為1，；塊的旋轉(zhuǎn)角度設(shè)為0.單擊對(duì)話框中的“確定”按鈕，即插入了輸出軸塊，如圖3-1所示 圖3-3 插入對(duì)話框（3）插入塊后，可以根據(jù)不同設(shè)計(jì)要求進(jìn)行尺寸變化，通過修改工具欄中的圖標(biāo)，先將輸入軸圖塊分解，再將圖形按相關(guān)比例縮放，如1.5，放大后的圖形如圖3-4所示。 圖3-4 放大后的輸出軸（5）利用設(shè)計(jì)中心插入塊也可以通過設(shè)計(jì)中心插入輸出軸圖塊。單擊“標(biāo)準(zhǔn)”工具欄上的“設(shè)計(jì)中心”按鈕，或選擇“工具”“選項(xiàng)板”“設(shè)計(jì)中心”命令，彈出設(shè)計(jì)中心窗口，在窗口中位于左邊的文件列表夾中查找并選擇文件“輸出軸圖”， AutoCAD會(huì)在右邊顯示出對(duì)應(yīng)的命名對(duì)象項(xiàng)，即標(biāo)注式樣、塊和圖層等，如圖3-5所示。 圖3-5 設(shè)計(jì)中心窗口雙擊圖3-5中位于右側(cè)欄的“塊”選項(xiàng)，AutoCAD顯示出“輸出軸圖”圖形塊，如圖3-6所示。 圖3-6 設(shè)計(jì)中心窗口為當(dāng)前圖形插入塊時(shí)可以采用如下方法：第一種方法：將設(shè)計(jì)中心的輸出軸圖標(biāo)拖動(dòng)到當(dāng)前圖形內(nèi)需要輸出軸圖的位置，松開鼠標(biāo)左鍵，采用這種方法插入塊時(shí)，所插入的方向與其定義相同，即不能旋轉(zhuǎn)，也不能改變比例。第二種方法：將光標(biāo)定位在圖3-8內(nèi)所示的粗糙度圖標(biāo)處，右擊，彈出快捷菜單，