汽車制動主缸原理及失效案例分析

孫海濤+++姜大衛(wèi)

摘 要：汽車制動主缸是制動系統(tǒng)管路中重要零部件之一，作用是將自外界輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓能，從而液壓能通過管路再輸給制動輪缸。制動主缸主要分為三類：補(bǔ)償孔式、中心閥式和柱塞式。制動主缸功能失效將會導(dǎo)致整個制動系統(tǒng)失去作用，從而造成汽車制動力減弱或喪失。

關(guān)鍵詞：壓力；制動主缸；側(cè)向力；密封作用

1 制動主缸的工作原理

帕斯卡定律：

定義：根據(jù)靜壓力基本方程（p=p0+ρgh），盛放在密閉容器內(nèi)的液體，其外加壓強(qiáng)p0發(fā)生變化時，只要液體仍保持其原來的靜止?fàn)顟B(tài)不變，液體中任一點的壓強(qiáng)均將發(fā)生同樣大小的變化。 這就是說，在密閉容器內(nèi)，施加于靜止液體上的壓強(qiáng)將以等值同時傳到各點。這就是帕斯卡原理，或稱靜壓傳遞原理。

制動主缸利用帕斯卡原理將真空助力器的輸出力轉(zhuǎn)化為液壓輸出到制動管路；將機(jī)械力轉(zhuǎn)化為液壓力過程。

2 制動主缸的類型特點

2.1 補(bǔ)償孔式主缸，不能承受高的壓力沖擊，因為它的第一密封圈位于擴(kuò)張孔的后面，高的壓力沖擊會使密封圈脫落，同樣，它的制動液流動能力也非常有限。

2.2 中心閥式主缸，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，能滿足ABS和ESP的要求，是這些年的主流。

2.3 柱塞式主缸，結(jié)構(gòu)作了很大的改進(jìn)，總長度縮短（節(jié)省空間），全行程更大，皮碗改為固定在缸體槽內(nèi)，不再隨活塞一起運動，缸體內(nèi)部結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，加工難度偏大，能同時滿足ABS和ESP的要求，耐久性提高，事故安全性更高。

3 常見失效案例分析

3.1 柱塞式制動主缸

3.1.1 失效模式

失效現(xiàn)象為制動力減弱，制動液報警燈點亮，檢查發(fā)現(xiàn)儲液壺制動液不足。確認(rèn)制動主缸發(fā)現(xiàn)活塞偏磨、密封圈磨損導(dǎo)致配合不嚴(yán)泄漏。

3.1.2 失效機(jī)理

助力器回位彈簧在安裝后存在一定的初始壓縮量，此狀態(tài)下彈簧側(cè)向力較大，一般在24N以上。（如圖1）

助力器彈簧側(cè)向力Fv導(dǎo)致初始狀態(tài)時助力器輸出推桿發(fā)生偏斜，偏斜的推桿與主缸活塞接觸不同軸，在制動時輸出推桿軸向力產(chǎn)生部分側(cè)向分力，推桿軸向力Fa越大產(chǎn)生的側(cè)向分力越大，從而產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)力矩Mh越大，造成主缸活塞運動不同心與內(nèi)壁發(fā)生嚴(yán)重摩擦，最終導(dǎo)致活塞、皮碗磨損。（如圖2）

主缸內(nèi)部結(jié)構(gòu)導(dǎo)向短、導(dǎo)向面積不足的話，活塞受力偏斜后導(dǎo)正能力弱。（圖3所示）

柱塞式制動主缸活塞靠四道密封皮碗支撐懸浮于主缸內(nèi)，由于密封皮碗固定在主缸內(nèi)壁上，主缸工作只有活塞作往復(fù)運動，此運動模式對主缸內(nèi)壁依賴性較強(qiáng)，活塞每一次進(jìn)程都要與主缸內(nèi)壁發(fā)生輕微摩擦，此時活塞受到較大側(cè)向力影響，運動軌跡偏斜，增強(qiáng)與內(nèi)壁摩擦程度；在主缸內(nèi)壁不光滑、且導(dǎo)向面積小的情況下，勢必加劇了摩擦、磨損程度。

3.1.3 再現(xiàn)性驗證

如果一個產(chǎn)品能夠滿足耐久性試驗驗證，我們就說這個產(chǎn)品是可靠的；柱塞式制動主缸在標(biāo)準(zhǔn)《QCT 311-2008 汽車液壓制動主缸性能要求及臺架試驗方法》工作耐久性試驗條件下進(jìn)行測試，如果存在助力器回位彈簧側(cè)向力偏大，且缸體導(dǎo)向結(jié)構(gòu)不好的情況下測試必然出現(xiàn)活塞偏磨失效。

3.1.4 解決措施

針對助力器回位彈簧側(cè)向力大，我們通過調(diào)整彈簧參數(shù)解決，方法有：剛度降低、自由長度增加、增加總?cè)?shù)、增加有效圈數(shù)等。

針對制動主缸導(dǎo)向面積小，增加主缸導(dǎo)向長度，從而增加與活塞配合面積，提升活塞運動穩(wěn)定性。

3.2中心閥式制動主缸

（釋義：中心閥以下統(tǒng)稱進(jìn)油閥）

主要失效模式為制動泄壓，制動距離長；原因為進(jìn)油閥密封不良，閥桿與閥座不能形成有效密封。閥座骨架存在尖角、毛刺，導(dǎo)致外包橡膠密封件受制動液壓力作用剪切、開膠，失去密封作用。

制動主缸工作時，進(jìn)油閥座密封線受到進(jìn)油閥桿傳遞的正壓力F1（圖4），同時受到制動液側(cè)向壓力F2（圖4），在合力作用下，密封唇口向內(nèi)擠壓。如果進(jìn)油閥骨架粘結(jié)唇口存在毛刺，或粘結(jié)力不足，骨架粘結(jié)唇口將受到剪切，從而出現(xiàn)粘結(jié)唇口開膠、撕裂，進(jìn)而導(dǎo)致密封線破損，密封失效。制動時制動液經(jīng)破損處流回儲液罐內(nèi)，造成制動主缸工作腔不建壓，導(dǎo)致制動效果差。

通常解決方法為優(yōu)化進(jìn)油閥總成結(jié)構(gòu)，骨架邊緣圓角處理和增大密封膠圈密封線圓角，增加受力面，確保密封和穩(wěn)定強(qiáng)度。endprint