标致206反馈盘式真空助力器工作原理及性能计算（二）

作者：张世强文章来源：吉林汽车制动器厂发布时间：2010-07-06

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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。

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，其变化规律为增函数。为此在达到助力点之前，如果将上述互为反函数的变化值视为近似相等时，则回位簧抗力F1可视为定值。

助力器的伺服力Fv=P（A1 –A3）　　　　　　　（4）

在阀杆输入力FR中，一部分输入力用来克服阀杆回动簧②的抗力F2，则有效输入力为FRY为：

FRY=FR－F２　　　　　　　　（5）

伺服力产生的助力除部分用来克服回位簧（9）的抗力F1外，还要承受阀杆回动簧②的抗力F2之后才作用在反馈盘（10）上，为此作用在反馈盘（10）上的有效伺服力FVY为：

Fvy=P（A1 –A3） –F1+ F2（6）

将式（5）、（6）带入式（3）得：

Fp= FRY+ FVY （7）

根据平衡状态（见图4中的受力图2）时的受力分析，反馈盘（10）的内圈所承受的有效输入力FRY的压强与外圈所受的有效伺服力FVY的压强相等时，助力器处于“双阀关闭”的平衡状态，可列如下等式：

（8）

2.真空助力器的伺服比计算

助力器的伺服比IV是指有效伺服力FVY与有效输入力FRY的比值，可通过等式（8）转换表示：

（9）

3.真空助力器的助力比计算

助力器的助力比It为助力器的输出力Fp与有效输入力FRY的比值，根据等式（7）和（9）可得出：

（10）

4.真空助力器的特性曲线方程

考虑到助力器在实际工作过程中，由于相关零部件的摩擦阻力的存在。为此，通常助力器的工作效率为η=0.85~0.95,所以式（2）变化为：

Fp＝[FR+P0A1+( A2+A4 )

( P –Po ) –PA3 –F1]×η（11）

式（3）变化为：

Fp＝[FR+P ( A1 –A3 ) –F1]×η（12）

当助力器的输出力超过最大助力点时，由于真空度P为定值，则P ( A1 –A3 )为常数，输出力FP与输入力FR为线性递增变化。因此式（12）可用来计算最大助力点之后的输出力的值。

由等式（7）考虑助力器效率可得：

Fp＝( FRY+ FVY)×η （13）

由等式（9）可得：

FVY＝FRY IV （14）

由等式（10）、（5）可得：

Fp＝FRY Itη= ( FR – F2+Fk)Itη （15）

式（15）表明，当输入力FR≥F2 – Fk时才能产生输出力。因此，最小输入力（始动力）Fa的等式为：

Fa＝F2 – Fk （16）

当助力器处于非工作状态时，真空腔与大气腔的气压差P0为零，由式（11）可得：

Fp＝[FR+P ( A2+A4 –A3 ) –F1]×η= 0 （17）

根据式（17）可得出：

FR＝F1 –P ( A2+A4 –A3 ) （18）

因为FR ≥0

所以F1 ≥P ( A2+A4 –A3 )（19）

根据式（19）可知，回位簧（9）装配抗力与真空腔的真空度、阀体柄部截面积A2、主缸推杆柄部截面积A3和空气阀座密封面截面积A4有关。只有当式（19）成立时，助力器才不会出现自放大的失效模式即输入力为0时产生输出力，阀体才能压紧锁片（12）并靠在助力器的后壳体铆接部件（2）上。

当助力器在无真空状态下工作时，P＝P0 = 0，

式（11）变化为：

Fp＝( FR –F1 )×η　　（20）

根据式（20）可知，无真空时所需最小输入力（始动力）Fb的等式为：

Fb＝F1 （21）

5.特性曲线的跳跃值三角区

真空助力器的输入——输出特性曲线如图7所示。

图7 真空助力器的输入——输出特性曲线

由图7可见，由输入力的最小始动值Fa1与最大始动值Fa2为起点的特性曲线L1、L2构成的区间，是助力器的特性允许范围。当输入力由0增至最小始动值Fa1之前，输出力Fp为0，而当输入力增至最小始动值Fa1时，输出力则出现跳跃值。由FP T 1、FP T 2、Fa1、Fa2所围成的三角区即称为跳跃值三角区。特性曲线的起始点越靠近Fa1，其跳跃值越大。越靠近Fa2，其跳跃值越小。可根据不同的产品及客户要求，通过调整压块与反馈盘的间隙来调整跳跃值的大小。但过大的跳跃值会使助力器内部零件过早地磨损，使用寿命大大降低。

6.特性曲线的偏移

由于助力器的输入输出特性曲线不是从零点开始的，而且其延长线也不一定通过坐标原点，因此特性曲线出现了偏移。根据式（5）、（15）可得：

FP＝FRY It η= FR It η –( F2 –Fk ) Itη （22）

式（22）的斜率为：

K = Itη

截距为：

b = – ( F2 – Fk) Itη

最大助力点后输出力等式（12）可变化为：

Fp＝[FR+P(A1–A3)–F1]η=FRη+[P(A1–A3)–F1]η （23）

式（23）的斜率为：K1＝ η

截距为：b1＝[ P ( A1 –A3 ) –F1]η

根据式（22）、（23）绘制特性曲线如图8所示，两条曲线的交点为最大助力点。