塑料離合器總泵的設(shè)計(jì)

張鵬，閆昭蒲

（力派爾（珠海）汽車配件有限公司，廣東 珠海 519040）

塑料離合器總泵的設(shè)計(jì)

張鵬，閆昭蒲

（力派爾（珠海）汽車配件有限公司，廣東 珠海 519040）

∶離合器總泵作為汽車離合器操縱系統(tǒng)的一個(gè)重要部件，直接影響汽車操縱性能。但國內(nèi)還沒有可用于指導(dǎo)汽車離合器液壓操縱系統(tǒng)總泵生產(chǎn)設(shè)計(jì)、質(zhì)量檢驗(yàn)和評價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致用戶和生產(chǎn)企業(yè)對離合器液壓總泵的檢測項(xiàng)目與方法、性能指標(biāo)的描述及評價(jià)等方面存在差異和分歧。而且尚未檢索到國際上可供借簽的同類標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)同行大多采用液壓制動(dòng)主缸的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)，但由于制動(dòng)系統(tǒng)和離合系統(tǒng)的工作液壓大很多，不適用于我們生產(chǎn)的塑料離合器總泵。這使得從事塑料離合器產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)的企業(yè)技術(shù)人員很困惑。文章根據(jù)多年從事液壓離合器總泵開發(fā)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，就塑料離合器總泵的設(shè)計(jì)開發(fā)、檢驗(yàn)等進(jìn)行探討。

∶離合器總泵；工作液壓；工程塑料

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.09.051

Kewwords: Clutch master cylinder; Hydraulic pressure; Engineer plastic

CLC NO.: U463.211Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)09-145-03

1、離合器總泵的用途和功能

離合器總泵是將離合器踏板力轉(zhuǎn)換成液壓輸出到離合器分泵，離合器分泵將液壓轉(zhuǎn)換成推力，推動(dòng)離合器分離軸承從而使離合器實(shí)現(xiàn)分離。駕駛員踩下離合器踏板時(shí)，推桿推動(dòng)總泵活塞使離合器總泵輸出制動(dòng)液，制動(dòng)液通過油管進(jìn)入分泵，由于離合器總、分泵系統(tǒng)是一個(gè)密封的型腔，隨著總泵容積的壓縮，總泵輸出制動(dòng)液給分泵，迫使分泵活塞推桿推動(dòng)分離叉，將分離軸承推向前或直接推動(dòng)分離軸承向前，與此同時(shí)隨著駕駛員繼續(xù)加力到踏板，離合器膜片彈簧傳遞到分泵上的負(fù)載力也增加，離合器總泵工作腔的液壓也隨之上升，最終使離合器分離；當(dāng)駕駛員松開離合器踏板時(shí)，液壓解除，分離軸承在離合器膜片彈簧力作用下逐漸退回原位，離合器又處在接合狀態(tài)。由離合器踏板、離合器總泵，儲存制動(dòng)液的油壺、連接總泵分泵的油管、離合器分泵、離合器等組成的離合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見下圖1。

圖1

2、離合器總泵的工作原理

離合器總泵是一個(gè)單腔的柱塞泵，結(jié)構(gòu)上也有高壓腔（工作腔）和常壓腔（通油杯），主要由活塞、推桿、缸體、主皮碗和副皮碗等配件組成。駕駛員的踏板力經(jīng)過推桿做用在活塞上，活塞向前運(yùn)動(dòng)，制動(dòng)液從出油孔排出，通過油管連接供給離合器分泵，離合器分泵是一個(gè)密閉腔，隨著總泵輸出排量的增加以及離合器膜片彈簧的反力從而產(chǎn)生液壓。離合器總泵一個(gè)工作循環(huán)包括活塞的前進(jìn)和后退兩個(gè)動(dòng)作，活塞前進(jìn)過程關(guān)閉補(bǔ)償孔后開始產(chǎn)生液壓，活塞后退過程中輸入力撤掉，液壓回零。同時(shí)隨著活塞返回時(shí)高壓腔容積變化形成負(fù)壓，利用大氣壓原理，制動(dòng)液從油壺補(bǔ)到高壓腔?；钊耆匚缓?，通往分泵管路中的制動(dòng)液陸續(xù)返回，此時(shí)補(bǔ)油通道也完全打開，把多余的制動(dòng)液返回到油杯。到此制動(dòng)液充滿整個(gè)高壓腔，為下一個(gè)工作循環(huán)做好了準(zhǔn)備。

圖2

離合器總泵和分泵的活塞截面積不同，結(jié)構(gòu)上離合器總泵的活塞直徑比離合器分泵的活塞直徑小，利用制動(dòng)液做為介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)輸出力的放大功能，同時(shí)輸出行程變小。

3、塑料離合器總泵的特點(diǎn)

塑料離合器總泵由于工程塑料及其注塑等工藝的應(yīng)用，首先大大降低了離合器總泵的重量，這一點(diǎn)符合汽車輕量化的發(fā)展理念。汽車輕量化是發(fā)展方向，塑料應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)汽車輕量化的重要途徑之一。每輛汽車塑料的用量是衡量汽車生產(chǎn)技術(shù)水平的標(biāo)志之一。其次，塑料件采購注塑工藝生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高。第三，減少了配件，降低了成本。第四，使用壽命長。塑料結(jié)構(gòu)的離合器總泵可以更方便的實(shí)驗(yàn)固定皮圈式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，皮圈內(nèi)圈與活塞表面滑動(dòng)密封，皮圈潤滑條件好，不容易磨損，產(chǎn)品使用壽命更長。

4、性能參數(shù)及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1最高工作壓力

塑料離合器總泵的應(yīng)用之所以越來越廣泛，最主要的原因就是離合器總泵的最高工作壓力較低，通常不大于2.8MPa。

4.2補(bǔ)油通道的設(shè)計(jì)

之所以稱為泵，首要任務(wù)是完成整個(gè)系統(tǒng)制動(dòng)液的供給，同時(shí)又能補(bǔ)充制動(dòng)液的損失。補(bǔ)油的原理如圖3，活塞的運(yùn)動(dòng)使工作腔的容積變化，在主皮碗的幫助下產(chǎn)生負(fù)壓，同時(shí)主皮碗的外側(cè)唇口又設(shè)計(jì)了均布的導(dǎo)油槽，外側(cè)的的唇口在-10～30Kpa反向吸力作用下變形，打開補(bǔ)油通道。

圖3

當(dāng)活塞完全回位后，回油通道打開，多余的制動(dòng)液返回到油壺。活塞前進(jìn)，直到關(guān)閉回油通道的這段行程叫空行程。通常設(shè)計(jì)為1.5±0.5mm。

4.3主皮圈和副皮圈的設(shè)計(jì)

由于要實(shí)現(xiàn)補(bǔ)油的功能，所以主皮圈除了需要設(shè)計(jì)足夠的過盈量外還需要兼顧反向補(bǔ)油壓力，以利于實(shí)現(xiàn)補(bǔ)充制動(dòng)液工作腔。主皮圈內(nèi)圈的單側(cè)過盈量0.6mm，或者根據(jù)皮圈結(jié)構(gòu)兼顧平滑性推薦0.25～7mm的參考范圍。內(nèi)圈大孔與活塞桿的單側(cè)間隙為1mm。主皮圈外圈的端徑與缸體安裝孔的直徑一致或單側(cè)小0.15mm，外圈單側(cè)過盈量0.5mm。主皮圈與活塞的配合如圖3.4。

圖4

完美的副皮圈特性與主皮圈不同，要求能保持住200KPa的反向壓力，以保證在真空加注制動(dòng)液的過程能順便完成，同時(shí)能防止工作過程中空氣的進(jìn)入而導(dǎo)致的滲油。外圈的端徑同安裝孔尺寸一致，或單側(cè)比孔大0.2Max，內(nèi)圈的底孔直徑比活塞桿大1mm（可以根據(jù)借用件的大孔尺寸設(shè)計(jì)外圈端徑處的過盈量），內(nèi)圈與活塞的單側(cè)過盈量0.5～0.7mm，外圈的單側(cè)過盈量0.5～0.7mm。設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)缸孔與活塞的配合間隙，皮圈結(jié)構(gòu)等調(diào)整。副皮圈與活塞的配合如圖4。

最終滿足了以上條件，還要校核皮圈內(nèi)唇口與活塞接觸點(diǎn)到皮圈溝槽底部的懸臂尺寸，些尺寸對皮圈抵抗反向壓力力的能力影響較大。主皮圈和副皮圈內(nèi)主皮圈內(nèi)唇口與活塞的接觸面寬度0.8～1.5mm比較理想。主要為了保證活塞運(yùn)動(dòng)平滑性和皮圈耐磨性。

4.4超聲波焊接機(jī)的選用和焊線的設(shè)計(jì)

塑料離合器總泵通常采用超聲波焊接結(jié)構(gòu)，工作時(shí)焊接面承受2KN的力，同時(shí)要保證焊接面不漏油。焊接機(jī)可以選用3.2KW 20KHz，行程150mm以上就能滿足常規(guī)產(chǎn)品的生產(chǎn)需要。實(shí)際應(yīng)用中剪切面寬度為0.6mm，深度為1.5mm，拉力測試可以達(dá)到4KN以上。理想的焊線設(shè)計(jì)如圖5。

圖5

5、塑料離合器總泵的性能要求和檢測

5.1常溫低壓狀態(tài)密封性實(shí)驗(yàn)

試驗(yàn)裝置如圖6，總泵加制動(dòng)液，排盡空氣，推動(dòng)活塞在液壓腔建立0.8MPa±0.2MPa液壓，推桿5鎖死，保持30S ±5S，讀取壓表1的液壓值。液壓降不超過0.07MPa。

圖6

5.2常溫高壓狀態(tài)密封性實(shí)驗(yàn)

試驗(yàn)裝置如圖5.2.1，總泵加制動(dòng)液，排盡空氣，推動(dòng)活塞在液壓腔建立7MPa±0.3MPa液壓，推桿5鎖死，保持30S ±5S，讀取壓表1的液壓值。液壓降不超過0.3MPa。

5.3工作耐久性

1）工作耐久性試驗(yàn)包括常溫耐久性試驗(yàn)、高溫耐久性試驗(yàn)和低溫耐久性試驗(yàn)。試驗(yàn)依次按常溫—高溫—低溫順序循環(huán)。試驗(yàn)共3個(gè)循環(huán)。

2）調(diào)整測試裝置，滿足活塞動(dòng)作程行程大于總泵行程的80%，工作腔內(nèi)建立起2.8MPa±0.3MPa液壓。保壓時(shí)間不少于0.60S。

3）試驗(yàn)其它要求及條件見下表。

表1　工作耐久性實(shí)驗(yàn)要求和條件

[1] 制動(dòng)技術(shù)手冊/（德）布羅伊爾（Breuer,B.），（德）比爾（Bill,K.）著；劉希恭等譯.—北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.6.

[2]《汽車制動(dòng)系的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)計(jì)算》 劉惟信 清華大學(xué)出版社;第1版 2006.7.1.

[3]汽車維修實(shí)訓(xùn)教程整車實(shí)訓(xùn) 譚本忠主編 電子工業(yè)出版社 2015-10-1.

[4]汽車底盤設(shè)計(jì) 王霄鋒 清華大學(xué)出版社 2010-10-1.

Design of Automotive Plastic Clutch Master Cylinder

Zhang Peng, Yan Zhaopu
（LPR (Zhuhai) Autoparts LTD, Guangdong Zhuhai 519040）

It's well known,Clutch master cylinder is important part for the automotive. It affect the driving performance.But we haven't the relative standard used to product and test the clutch master cylinder in China. So we have some different points between the manufacture and the customer. And we can't find any standard about clutch master cylinder from the internet.We usually according to the standard of the brake master cylinder. But the brake hydraulic pressure is greater than the clutch master cylinder. It isn't suit for the plastic clutch master cylinder. So the engineer is lack of data to reference. So in order to improve designing the plastic clutch master cylinder better. I study the engineer plastic and the technology of clutch master cylinder.

∶U463.211

∶A

∶1671-7988 (2016)09-145-03

張鵬（1978-），男，工程師，就職于力派爾（珠海）汽車配件有限公司，從事汽車制動(dòng)系統(tǒng)和離合器操縱系統(tǒng)的產(chǎn)品研發(fā)。