影響真空助力器最大助力點(diǎn)以下密封性的因素

何宇益

（浙江迪爾制動(dòng)器有限公司，浙江玉環(huán) 317600）

0 引言

按QC/T307-1999《真空助力器技術(shù)條件》［1］規(guī)定，真空助力器密封性分為非工作密封性、最大助力點(diǎn)以下密封性、最大助力點(diǎn)以上密封性。根據(jù)筆者的工作體會(huì)，在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)檢測(cè)中，許多真空助力器非工作密封性，最大助力點(diǎn)以上密封性測(cè)試結(jié)果為良好，但最大助力點(diǎn)以下密封性不良的情況較常見(jiàn)，影響因素也較多，下面將作分析。

1 最大助力點(diǎn)以下密封性試驗(yàn)方法

將真空助力器與真空源連接，其輸入力達(dá)到最大助力點(diǎn)50%～70%，推桿行程為全行程70%～80%，當(dāng)真空度達(dá)到66.7±1.3 kPa時(shí)，切斷真空源，系統(tǒng)壓力穩(wěn)定后，檢測(cè)時(shí)間為15 s時(shí)的真空度下降值。

2 真空助力器的動(dòng)平衡狀態(tài)及原理圖

根據(jù)試驗(yàn)方法可知檢測(cè)最大助力點(diǎn)以下密封性就是檢測(cè)動(dòng)平衡狀態(tài)密封性。如圖1所示，此時(shí)真空助力器行程、輸入力均按標(biāo)準(zhǔn)要求。真空閥口和空氣閥口均全部關(guān)閉，前腔真空度為66.7 kPa，后腔真空度為0～66.7 kPa，前后腔存在壓力差p0。如果忽略摩擦力的影響且不考慮真空助力器的效率，可列出下面平衡方程式［2］:

式中:F出為真空助力器輸出力;

F入為真空助力器輸入力;

p0為真空助力器前后腔壓力差;

A1為真空助力器膜片有效作用面積;

A2為真空助力器推桿柄部截面積;

A3為真空助力器閥體 （活塞）柄部截面積;

p前為前腔真空度;

F1為真空助力器回位彈簧力。

3 影響最大助力點(diǎn)以下密封性的因素

（1）控制閥皮碗硬度及密封面橡膠厚度

如圖1、2所示，δ為密封橡膠厚度。δ越大，橡膠硬度越低，則密封效果越好。但在工作過(guò)程中密封面長(zhǎng)期處于凹面、平面的形變狀態(tài)。形變量越大，恢復(fù)到平面狀態(tài)所需時(shí)間越長(zhǎng)，形成永久性凹槽面的可能性越大。反之，δ越小，橡膠硬度越高，則平衡狀態(tài)時(shí)形變量也越小，密封效果越差。通常情況下，橡膠硬度取50～60（shore A），密封橡膠厚度取1.4～1.6 mm較為合適。

（2）控制閥皮碗長(zhǎng)度尺寸與閥體長(zhǎng)度尺寸的關(guān)系

對(duì)于復(fù)合式控制閥結(jié)構(gòu)［3］，如圖1所示。

式中:L1為控制閥皮碗自然高度;

L2為控制閥彈簧座臺(tái)階高度;

L為閥體密封唇口至限位處長(zhǎng)度。

對(duì)于疊加式控制閥結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

式中:L1為控制閥皮碗自然高度;

L3為控制閥皮碗臺(tái)階高度;

L為閥體密封唇口至限位處長(zhǎng)度。

因?yàn)檎婵臻y口關(guān)閉，靠的是前、后腔真空將皮碗吸附在唇口上，加上閥門彈簧力的作用。如果L1+L2＜L（復(fù)合式控制閥結(jié)構(gòu)）、L1－L3＜L（疊加式控制閥結(jié)構(gòu)），關(guān)閉真空閥口時(shí)，則首先要克服控制閥皮碗拉長(zhǎng)變形所產(chǎn)生的力，抵消了部分閥門彈簧對(duì)皮碗的壓力，導(dǎo)致閥口關(guān)閉不嚴(yán)而產(chǎn)生漏氣。

（3）閥門彈簧力的大小

閥門彈簧力是影響真空閥口關(guān)閉的重要因素。閥門彈簧力越大，則將控制閥皮碗壓在密封唇口更嚴(yán)密，密封效果會(huì)更好，彈簧力太小會(huì)導(dǎo)致密封效果不佳，產(chǎn)生漏氣現(xiàn)象。當(dāng)然并不是說(shuō)將閥門彈簧力設(shè)計(jì)成越大越好，因?yàn)殡S著長(zhǎng)期的較大彈簧負(fù)荷，控制閥皮碗與閥體密封唇口接合處會(huì)產(chǎn)生永久變形，且形變量較大，真空閥口氣道將變小，影響真空助力器回程速度及其他性能。另外此力的大小還會(huì)影響釋放力和始動(dòng)力 （疊加式控制閥結(jié)構(gòu)）。

對(duì)于復(fù)合式控制閥結(jié)構(gòu)［3］，如圖1所示。

式中:F釋為真空助力器釋放力;

F回為推桿回動(dòng)彈簧力;

p前為真空助力器前腔真空度;

p后為真空助力器后腔真空度;

A控為控制閥皮碗截面積;

A唇為閥體密封唇口面積;

F閥為閥門彈簧力。

當(dāng)真空助力器卸載到輸出力為零的瞬間，后腔真空度p后近似等于p前為66.7 kPa。

則式 （4）可轉(zhuǎn)換為:

由式 （5）可知復(fù)合式控制閥結(jié)構(gòu)閥門彈簧力越大，則釋放力越小，兩者成反比關(guān)系。

式中:F始為真空助力器始動(dòng)力;

A空為空氣閥座與控制閥皮碗密封處面積。

此時(shí)，p后=p前=66.7 kPa。

由式 （6）可以看出，閥門彈簧力的大小對(duì)始動(dòng)力無(wú)影響。

對(duì)于疊加式控制閥結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

當(dāng)真空助力器卸載到輸出力為零的瞬間，后腔真空度p后近似等于p前為66.7 kPa。

則式 （7）可轉(zhuǎn)換為:

由式 （8）可知疊加式控制閥結(jié)構(gòu)閥門彈簧力越大，則釋放力越大，兩者成正比關(guān)系。

此時(shí)，p后=p前=66.7 kPa。

由式 （9）可以看出，閥門彈簧力與始動(dòng)力成正比關(guān)系。

通常情況下，閥門彈簧力控制在8～12 N左右較合適。

（4）空氣閥座與控制閥皮碗配合結(jié)構(gòu)

由真空助力器平衡狀態(tài)及原理圖可知，空氣閥口的密封性是影響最大助力點(diǎn)以下密封性的一個(gè)重要因素。最常見(jiàn)的配合結(jié)構(gòu)有兩種:

①凸臺(tái)式空氣閥座配平面式控制閥皮碗，如圖3所示。

②圓弧式空氣閥座配凸臺(tái)式控制閥皮碗，如圖4所示。

圖3中，R通過(guò)彈簧力與控制閥皮碗密封面接觸，大氣閥口的開啟和閉合靠二者的離合控制。δ1太大，R將于控制閥皮碗密封面產(chǎn)生較大的密封環(huán)面，面積越大產(chǎn)生密封壓力越小，則密封效果越不理想。δ1太小，將會(huì)形成鋒利的尖角，長(zhǎng)時(shí)間工作過(guò)程中，尖角會(huì)對(duì)密封面進(jìn)行切割并加以損壞。而δ2是控制R處與密封面的接合深度，也就是形變量。通常情況下取δ1=δ2=0.4～0.6 mm，并且R面和控制閥皮碗密封面要光滑無(wú)缺陷。而圖4結(jié)構(gòu)與圖3結(jié)構(gòu)剛好相反，是將密封R設(shè)計(jì)在控制閥皮碗上。兩者原理一樣。需要控制的是δ3=0.4～0.6 mm，R=0.2～0.3 mm左右，另要保證R與SR緊密接觸，SR不能觸碰到除R以處的部位，否則影響大氣閥口密封。

（5）空氣閥座與閥體配合間隙

（6）其他因素

另外，閥體密封唇口的平面度和粗糙度、空氣閥座與控制閥桿鉚接靈活度、鉚接后的軸向間隙，控制閥總成裝配是否到位等。以上單個(gè)和多個(gè)因素有可能同時(shí)存在于一個(gè)真空助力器上。這些因素均可在非工作及最大助力點(diǎn)以上密封性良好的情況下，而僅影響最大助力點(diǎn)以下密封性。

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)以上分析可知，影響真空助力器以下密封性因素較復(fù)雜。在日常生產(chǎn)檢測(cè)中，如果真空助力器以下密封性不良情況發(fā)生比例較大，這說(shuō)明產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)上存在設(shè)計(jì)缺陷，需要我們不斷試驗(yàn)、分析，找到問(wèn)題關(guān)鍵之處并加以改進(jìn)，值得注意的是，我們?cè)谠龃罂刂崎y皮碗的形變量時(shí)，將有利于提高密封性指標(biāo)，但也將降低真空助力器的工作效率，而影響真空助力器的滯后率［4］。在保證密封性前提下，有必要檢查真空助力器平均滯后率。同時(shí)要保證產(chǎn)品各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

【1】QC/T307-1999真空助力器技術(shù)條件［S］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1999.

【2】楊維和.汽車制動(dòng)真空助力器的工作原理與性能計(jì)算［J］.汽車技術(shù)，1991（10）:8－13.

【3】楊維和.制動(dòng)真空助力器的特性曲線和綜合評(píng)價(jià)［J］.汽車技術(shù)，1999（9）:11－14.

【4】趙凱.汽車真空助力器的原理及參數(shù)計(jì)算［J］.汽車技術(shù)，2001（1）:1－4.