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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）
設(shè)計(jì)(論文)題目： 轎車(chē)輔助制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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目 錄
摘 要 II
Abstract III
1 緒 論 1
1.1本設(shè)計(jì)的研究的目的及背景 1
1.2 本設(shè)計(jì)的研究現(xiàn)狀 2
1.3 本設(shè)計(jì)的研究方法 4
1.4 本設(shè)計(jì)的內(nèi)容和目的 4
2 真空助力器工作原理的研究 6
2.1 操縱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理 6
2.2 真空助力器的結(jié)構(gòu) 6
2.3 真空助力器的工作原理 7
2.4 閥門(mén)的三個(gè)平衡位置介紹 8
2.5 兩個(gè)平衡位置的介紹 8
3 真空助力器的特性（曲線）描繪 9
3.1 始動(dòng)力Fa的計(jì)算 9
3.2 跳躍值JP的確定 10
3.3 釋放力Fa1的確定 10
3.4 最大助力點(diǎn)E的計(jì)算 10
4 機(jī)械式 制動(dòng)輔助 系統(tǒng)（MBA）結(jié)構(gòu)及 其原理 11
4.1 MBA的機(jī)械結(jié)構(gòu)介紹 11
4.2 MBA的工作原理 11
5關(guān)鍵零件的尺寸設(shè)計(jì) 15
5.1 真空助力器的尺寸 15
5.2 橡膠反饋盤(pán)尺寸與過(guò)盈量 15
5.3 助力膜片的尺寸設(shè)計(jì)與校核 15
5.4 鋼球的尺寸選擇與校核 16
5.5 BA調(diào)度環(huán)與調(diào)度環(huán)彈簧的設(shè)計(jì)與校核 17
5.6 BA套筒及套筒彈簧的設(shè)計(jì)與校核 19
6 真空助力器標(biāo)準(zhǔn)零件的規(guī)定 21
6.1 裝配尺寸鏈的計(jì)算 21
6.2 橡膠元件材料、邵爾硬度以及過(guò)盈量的規(guī)定 21
6.3 閥桿部分的強(qiáng)度檢驗(yàn) 21
6.4 螺栓的強(qiáng)度校核 22
6.5 前殼體與后殼體的強(qiáng)度檢驗(yàn) 22
6.6 錐形彈簧的選取與檢驗(yàn) 23
7 小結(jié) 24
參考文獻(xiàn) 25
5
摘要
轎車(chē)輔助制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘 要
隨著汽車(chē)保有量迅猛增長(zhǎng)，人們對(duì)車(chē)輛行駛的安全性能有了更高的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)遇到緊急情況駕駛員往往不能及時(shí)踩下制動(dòng)踏板或踩踏力度不夠，造成剎車(chē)距離過(guò)長(zhǎng)。而輔助制動(dòng)系統(tǒng)卻可以很好地解決這一問(wèn)題，它能夠通過(guò)駕駛員踩下制動(dòng)踏板的速度來(lái)判斷是否遇到緊急情況。
本課題的研究是在參照眾多專(zhuān)利產(chǎn)品的基礎(chǔ)之上，以現(xiàn)有的轎車(chē)用真空助力器和與之配合工作的制動(dòng)主缸為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)出了一款新型機(jī)械式制動(dòng)輔助系統(tǒng)。該新型機(jī)械式制動(dòng)輔助系統(tǒng)通過(guò)對(duì)現(xiàn)有真空助力器結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)，以達(dá)到緊急制動(dòng)輔助的作用。
關(guān)鍵詞：制動(dòng)輔助；機(jī)械式；真空助力；改進(jìn)；緊急制動(dòng)
Abstact
Design of Brake Assist System for Car
Abstract
With the rapid growth of car ownership, people have a higher standard for the safety performance of vehicles. When the emergency situation, ninety percent of the drivers in the braking operation, so that they can not be stepped on the brake pedal or pedal is not enough, resulting in long braking distance. The auxiliary braking system can be a good solution to this problem, it can be determined by the speed of the driver to step on the brake pedal to determine whether an emergency situation.
The research on this topic is in reference on the basis of many patent products, the existing car vacuum booster and and with the work of the brake master cylinder as the object of study, design a new type mechanical brake assist system. Through the new mechanical brake assist system on the improvement of the structure of the existing vacuum booster, in order to achieve the role of auxiliary emergency braking.
Key words: Brake assist; mechanical; vacuum booster; improvement; emergency brake
第1章 緒論
1 緒 論
汽車(chē)輔助制動(dòng)系統(tǒng)是汽車(chē)行駛安全當(dāng)中不可或缺的部件，是對(duì)原有制動(dòng)系統(tǒng)在緊急情況下的制動(dòng)效能一個(gè)很好的優(yōu)化[1]。意在通過(guò)檢測(cè)制動(dòng)踏板踩踏速度來(lái)判斷緊急情況，以使得在緊急情況下制動(dòng)系統(tǒng)能夠發(fā)揮出最大的制動(dòng)效能。
現(xiàn)如今所使用的制動(dòng)輔助系統(tǒng)（Brake assist System簡(jiǎn)稱BAS）在控制結(jié)構(gòu)上主要分為機(jī)械式和電控式兩種,即機(jī)械式制動(dòng)輔助系統(tǒng)（Mechanical Brake Assist簡(jiǎn)稱MBA）和電控式制動(dòng)輔助系統(tǒng)（Electronic Brake Assist簡(jiǎn)稱EBA），本課題所研究的對(duì)象為MBA：機(jī)械式制動(dòng)輔助系統(tǒng)，核心部件為緊急制動(dòng)輔助裝置（Brake Assist簡(jiǎn)稱BA）。
1.1本設(shè)計(jì)的研究的目的及背景
總所周知，汽車(chē)行業(yè)在迅猛地發(fā)展，汽車(chē)的運(yùn)用愈加普及，汽車(chē)保有量的增長(zhǎng)勢(shì)頭不容小覷。依照汽車(chē)后市場(chǎng)總會(huì)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，2014年和2015年，我國(guó)汽車(chē)新增擁有量分別為 1997.03 萬(wàn)輛和 2310.87 萬(wàn)輛。但是車(chē)輛的普及卻帶來(lái)了眾多交通安全上的問(wèn)題，那么汽車(chē)技術(shù)就必須在車(chē)輛行駛安全性的標(biāo)準(zhǔn)上再上一個(gè)層次，車(chē)輛的安全性就能成了汽車(chē)發(fā)展道路上不可小視的問(wèn)題。
制動(dòng)輔助裝置是車(chē)輛行駛安全的主要部件之一，在車(chē)輛安全性能方面扮演著重要的角色[2]。依照數(shù)據(jù)，在緊急情況下，百分之九十的駕駛?cè)藛T在采取制動(dòng)操作時(shí)會(huì)遲疑，當(dāng)反應(yīng)過(guò)來(lái)后，就會(huì)迅速踩下制動(dòng)踏板且踩踏制動(dòng)踏板的力量不足，這勢(shì)必會(huì)造成制動(dòng)距離增大的后果,而制動(dòng)輔助系統(tǒng)卻能夠很好的解決這樣的問(wèn)題[3]。在緊急情況發(fā)生時(shí)，駕駛?cè)藛T迅速實(shí)施制動(dòng)操作，制動(dòng)輔助系統(tǒng)能夠依照駕駛?cè)藛T踩踏制動(dòng)踏板的速度及力量來(lái)判斷緊急制動(dòng)的發(fā)生，接著制動(dòng)輔助裝置被觸發(fā)，進(jìn)而即使不是很大的踏板力也可以產(chǎn)生很大的制動(dòng)力，極大的縮短了制動(dòng)距離，使得緊急情況下的車(chē)輛安全性得到提高[4]。
德國(guó)搏世（BOSCH）公司進(jìn)行過(guò)一項(xiàng)測(cè)試，參與的測(cè)試人員被要求在模擬駕駛室中進(jìn)行制動(dòng)操作測(cè)試，測(cè)試后的結(jié)果表明，所有參與測(cè)試的人員當(dāng)中，大部分的人在制動(dòng)時(shí)都缺乏果斷且踩踏制動(dòng)踏板的力度不夠，而踩踏力過(guò)小以及制動(dòng)遲疑就是造成制動(dòng)距離加大的兩個(gè)主要原因。
如圖 1.1所示，德國(guó)博世（BOSCH）公司的此項(xiàng)測(cè)試顯示：處于常規(guī)道路上無(wú)制動(dòng)輔助裝置制動(dòng)時(shí)，測(cè)試人員踩踏力不夠時(shí)的制動(dòng)距離可達(dá)82m，裝有制動(dòng)輔助裝置的制動(dòng)距離則可減小至 42m，降低了百分之四十五；而無(wú)制動(dòng)輔助裝置時(shí)缺乏果斷的測(cè)試人員的制動(dòng)距離達(dá)到了51 m，安裝有制動(dòng)輔助裝置時(shí)的制動(dòng)距離卻可減少到39 m，降低了百分之二十。
圖1.1 裝配BA和未裝配BA的制動(dòng)距離比較
另依照BTS（美國(guó)交通統(tǒng)計(jì)局）統(tǒng)計(jì)的交通事故分析數(shù)據(jù)表明：在列入統(tǒng)計(jì)交通事故中約百分之五十的駕駛?cè)藛T都因制動(dòng)力過(guò)小而造成交通事故。依照此數(shù)據(jù)分析，當(dāng)制動(dòng)時(shí)車(chē)速為90千米/小時(shí)時(shí)，通過(guò)緊急制動(dòng)輔助裝置（BA）的輔助能夠讓制動(dòng)距離平均降低8.2 m；當(dāng)制動(dòng)時(shí)速度為45千米/小時(shí)時(shí)，那么制動(dòng)距離會(huì)平均降低6.8m。
意大利都靈理工大學(xué)依照歐盟委員會(huì)的事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，得到每5000例重大追尾事故以及行人交通事故中，當(dāng)制動(dòng)輔助系統(tǒng)得以配備，重大追尾事件的發(fā)生率可降低13%，行人交通事故的發(fā)生率可降低8%，如圖1.2(a)圖1.2(b)所示。
（a）BA降低追尾事件發(fā)生率 （b）BA降低行人事故發(fā)生率
圖1.2 事故發(fā)生率統(tǒng)計(jì)
根據(jù)上述調(diào)查統(tǒng)計(jì)，將配備BA與沒(méi)有配備BA的車(chē)輛事故發(fā)生率數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，同樣的交通狀況中，BA可以明顯地降低制動(dòng)距離，在避免追尾事件和行人交通事故的發(fā)生中扮演著重要的角色。所以，在汽車(chē)越來(lái)越普及的今天，BA作為汽車(chē)主動(dòng)安全的重要部件在汽車(chē)安全技術(shù)的層面的也日益得到提高。
1.2 本設(shè)計(jì)的研究現(xiàn)狀
歐美國(guó)家在機(jī)械式緊急制動(dòng)輔助裝置(MBA)方面有著悠久的歷史，MBA在上個(gè)世紀(jì)80年代就得到各大汽車(chē)技術(shù)研發(fā)部門(mén)的關(guān)注，其中有不少產(chǎn)品已經(jīng)獲準(zhǔn)批量生產(chǎn)和實(shí)際運(yùn)用。德國(guó)大眾公司是MBA系統(tǒng)技術(shù)開(kāi)發(fā)的先驅(qū)，大眾公司所設(shè)計(jì)的MBA裝置于20世紀(jì)90年代就開(kāi)始成為該公司汽車(chē)產(chǎn)品上的標(biāo)配。
東京大學(xué)(The University of Tokyo)的Ehsan和Mahdi兩位博士對(duì)眾多模擬駕駛實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析，計(jì)算統(tǒng)計(jì)出可以讓百分之八十的制動(dòng)操作觸發(fā)制動(dòng)輔助的踏板速度以及踏板力。如圖1.3（a）和圖1.3（b）所示，數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，配備BA的汽車(chē)更容易使ABS系統(tǒng)得到激發(fā)。
（a）踏板速度激發(fā)ABS （b）踏板力激發(fā)ABS
圖1.3 ABS觸發(fā)情況
德國(guó)代陸特維斯(Continental-Teves)的研發(fā)部門(mén)在對(duì)制動(dòng)私服系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中對(duì)制動(dòng)輔助系統(tǒng)提出了改進(jìn)方案。在真空助力器的基礎(chǔ)之上設(shè)計(jì)出了電子式和機(jī)械式的制動(dòng)輔助裝置，如圖1.4(a)和圖1.4（b）。而且將BA融入伺服制動(dòng)系統(tǒng)之中，通過(guò)實(shí)驗(yàn)與理論研究得到了真空助力器式BA所觸發(fā)的輸入力與輸入速度的特性分析，如圖1.2（c）所示[5]。
（a）機(jī)械式輔助制動(dòng)裝置及其特性分析
（b）電子式輔助制動(dòng)系統(tǒng) (c)BA觸發(fā)特性分析
圖1.4 機(jī)械式輔助制動(dòng)裝置
如今梅塞德斯·奔馳的汽車(chē)產(chǎn)品上所運(yùn)用的制動(dòng)輔助系統(tǒng)較為先進(jìn)，控制模塊根據(jù)傳感器的信號(hào)來(lái)觸發(fā)制動(dòng)輔助裝置，該裝置為電控式制動(dòng)輔助，反應(yīng)靈敏，能夠準(zhǔn)確判斷緊急情況的發(fā)生并能夠在很大程度降低制動(dòng)距離，以達(dá)到緊急情況下的安全要求。其工作原理為：當(dāng)遇到緊急情況，制動(dòng)捕助控制模塊通過(guò)ETS/ASP/ESP來(lái)檢測(cè)到制動(dòng)主缸的操作信號(hào)，然后依照左前車(chē)速傳感器以及右前車(chē)速傳感器指令制動(dòng)輔助裝置電磁閥工作，電磁閥閥活塞開(kāi)啟液壓油閥的閥門(mén)，讓液壓油得以推動(dòng)制動(dòng)主缸推桿，來(lái)增大制動(dòng)力。其元件組成與控制流程圖如圖1.5（a）和圖1.5（b）所示。
（a）制動(dòng)輔助元件組成 （b）制動(dòng)輔助控制流程圖
圖1.5 制動(dòng)輔助裝置工作原理圖
在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，蕪湖博特俐、廈門(mén)享東、西安振倡電子等公司在制動(dòng)捕助裝置產(chǎn)品的研發(fā)上也取得了一定的成果，它們大部分是以真空助力器為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)機(jī)械機(jī)構(gòu)的改進(jìn)，設(shè)計(jì)出了具有中國(guó)市場(chǎng)代表性的制動(dòng)輔助裝置的產(chǎn)品。
1.3 本設(shè)計(jì)的研究方法
在本課題的研究中，主要是在現(xiàn)有的真空助力器和與之配合使用的制動(dòng)主缸的基礎(chǔ)之上進(jìn)行的。根據(jù)真空助力器的工作原理及構(gòu)造，通過(guò)對(duì)其機(jī)械結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，以達(dá)到緊急制動(dòng)輔助的目的[6]。并根據(jù)現(xiàn)有真空助力器的工作特性，對(duì)改進(jìn)后的機(jī)構(gòu)尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。
1.4 本設(shè)計(jì)的內(nèi)容和目的
（1）真空助力器的具體結(jié)構(gòu)以及其工作原理相關(guān)介紹
（2）真空助力器工作性能參數(shù)的理論性計(jì)算
（3）真空助力器工作的特性曲線的描繪
（4）機(jī)械式制動(dòng)輔助系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理的設(shè)計(jì)
（5）機(jī)械式制動(dòng)輔助系統(tǒng)重要零件尺寸的設(shè)計(jì)
（6）所設(shè)計(jì)零件的強(qiáng)度校核
（7）表1.1為標(biāo)準(zhǔn)真空助力器參數(shù)及與其配合的制動(dòng)主缸各項(xiàng)參數(shù)：
表1.1 標(biāo)準(zhǔn)真空助力器參數(shù)
助力器
直徑（寸）
膜片
直徑(mm)
最大伺服
力（N）
主缸直徑（mm）/壓力（MPa）
19.05
20.64
22.2
23.81
25.4
6’
165
1226
7.55
6.1
5.27
4.75
4.0
6.5’
178
1426
7.82
6.66
5.76
5.18
4.2
7’
203
1660
8.6
7.33
6.3
5.68
4.4
8’
228
2158
10.3
8.75
7.56
6.74
4.84
9’
254
2723
12.16
10.36
8.96
7.94
6.84
10’
266.7
3380
14.3
12.21
10.6
9.35
8.06
10.5’
279.4
3706.6
15.7
13.26
11.55
10
8．8
11’
305
4090
17
14.45
12.5
10.86
9.5
12’
312
4873
19.6
16.67
14.4
12.53
11
制動(dòng)主缸活塞面積(mm2)
285
334.6
387
445.2
506．7
最大跳增值（N）
171
200
232
267
303
本設(shè)計(jì)選取轎車(chē)上常用的直徑為7寸的標(biāo)準(zhǔn)真空助力器為研究設(shè)計(jì)對(duì)象，與其配合的制動(dòng)主缸的直徑選為22.2mm。
第2章 真空助力器工作原理的研究
2 真空助力器工作原理的研究
液壓伺服制動(dòng)系統(tǒng)是在人力液壓制動(dòng)操縱系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加設(shè)一套伺服系統(tǒng)形成的，即兼用人力以及發(fā)動(dòng)機(jī)作為制動(dòng)能源的制動(dòng)系統(tǒng)[7]。其特點(diǎn)為，在制動(dòng)系統(tǒng)正常工作情況下，制動(dòng)伺服系統(tǒng)能提供大部分的制動(dòng)能量，緩解了駕駛?cè)藛T的勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)人力液壓制動(dòng)操縱系統(tǒng)起到了一定的輔助作用。液壓伺服式制動(dòng)操縱系統(tǒng)有真空助力式、液壓助力式、增壓式等，目前轎車(chē)上較多的是真空助力式，它利用發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管中的真空度產(chǎn)生助力，真空助力式液壓制動(dòng)操縱系統(tǒng)的核心部分為真空助力器，本章將著重對(duì)真空助力器的工作原理做出闡述。
2.1 操縱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理
圖2.1為真空助力式液壓制動(dòng)操縱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，其采用了X型的雙回路液壓制動(dòng)操縱系統(tǒng)，即右前輪缸和左后輪缸為一套液壓回路，右后輪缸和左前輪缸為另外一套液壓回路。
控制閥6與真空伺服氣室5這兩個(gè)構(gòu)件組合成一個(gè)部件，稱為真空助力器。它被安裝在制動(dòng)主缸4和制動(dòng)踏板7之間，并使用螺栓將它們固定在車(chē)身前圍板上。真空單向閥11將真空助力器與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管12連接起來(lái)，真空助力器的前端直接連接串列雙腔制動(dòng)主缸4。制動(dòng)主缸4前腔經(jīng)制動(dòng)管路通往左前輪的制動(dòng)輪缸1，且經(jīng)過(guò)比例閥10通向右后輪的制動(dòng)輪缸8。同樣，制動(dòng)主缸4后腔經(jīng)制動(dòng)管路通往右前輪的制動(dòng)輪缸2，且經(jīng)過(guò)比例閥10通向左后輪的制動(dòng)輪缸9。制動(dòng)系統(tǒng)工作時(shí)，制動(dòng)踏板7向真空助力器輸送機(jī)械能，真空助力器直接由制動(dòng)踏板7操縱，兩者一起推動(dòng)制動(dòng)主缸4活塞，主缸4將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能，由此輸出高壓油液，并通過(guò)制動(dòng)管路傳遞至各個(gè)制動(dòng)輪缸。
圖2.1 真空助力式液壓伺服操縱系統(tǒng)
2.2 真空助力器的結(jié)構(gòu)
真空助力器是真空助力式液壓制動(dòng)操縱系統(tǒng)的核心部件，它利用發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣喉管的真
6
空和大氣之間的壓力差來(lái)對(duì)汽車(chē)制動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)助力的作用[8]。
圖2.2 真空助力器結(jié)構(gòu)示意圖
如圖2.2所示，為真空助力器的結(jié)構(gòu)圖。前殼體16與后殼體2組成真空伺服氣室，膜片7和膜片座15將該氣室分為前腔13及后腔12。前腔13經(jīng)單向閥1與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣喉管相連。通道A連通后腔12，通道B連通前腔13?？刂崎y9用來(lái)控制真空助力器的工作，其加裝于內(nèi)腔之中。柱塞3和踏板推桿6用球頭鉸接。
2.3 真空助力器的工作原理
制動(dòng)系統(tǒng)不工作時(shí)，如圖2.2所示，彈簧4將用球頭鉸接的踏板推桿6與柱塞3推至后極限位置，此時(shí)真空閥開(kāi)啟。同時(shí)，控制閥9的膜片被彈簧8拉長(zhǎng)并與柱塞3后端面緊密相連，以此來(lái)使前腔13和后腔12通向外界空氣的閥門(mén)關(guān)閉，外界空氣無(wú)法進(jìn)入后腔12中，前腔13經(jīng)A、B兩通道與后腔12相連，此時(shí)真空助力器不會(huì)產(chǎn)生助力。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，通發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣管中產(chǎn)生真空度，在發(fā)動(dòng)機(jī)喉管與前腔的壓力之差作用下，真空單向閥1開(kāi)啟，前腔13和后腔12中都會(huì)產(chǎn)生真空度。
圖2.3 標(biāo)準(zhǔn)真空助力器工作原理圖
當(dāng)駕駛員進(jìn)行制動(dòng)操作時(shí)，制動(dòng)踏板被踩下，一開(kāi)始?xì)馐也⒉还ぷ?，膜片?3位置保持不變，那么來(lái)自制動(dòng)踏板的推力可以使控制閥9的推桿和柱塞3向前移動(dòng)。此時(shí)，柱塞3和反饋盤(pán)17之間的間隙閉合，反饋盤(pán)17將推動(dòng)制動(dòng)主缸的推桿19，如圖2.3（a）
7
所示。同時(shí)，控制閥9的膜片會(huì)在控制閥彈簧8的推動(dòng)下產(chǎn)生變形并與膜片座15內(nèi)腔端面緊密接觸，如圖2.3（a）所示閉合兩通道的閥門(mén)，前、后腔之間不再相連通，此時(shí)不再抽空。
柱塞3在踏板推桿6的推動(dòng)下繼續(xù)向前移動(dòng)，控制閥9與柱塞3之間產(chǎn)生縫隙，前腔和后腔的閥門(mén)開(kāi)啟，但此時(shí)通道A、B的閥門(mén)仍處于閉合狀態(tài)，那么，空氣就會(huì)通過(guò)濾芯7到控制閥9再到通道A進(jìn)入后腔12，此時(shí)后腔中氣壓值上升，產(chǎn)生向前的推力，起到了助力的作用。助力時(shí)，膜片座15和膜片14也一直向前移動(dòng)，若踏板推桿6不動(dòng)，如圖2.3（b）所示，膜片座15和控制閥9一同向前移動(dòng)，直至再次接觸柱塞3，達(dá)到一個(gè)平衡的狀態(tài)。
2.4 閥門(mén)的三個(gè)平衡位置介紹
液壓式真空助力器在整個(gè)工作流程中閥門(mén)口處會(huì)出現(xiàn)3個(gè)平衡位置，介紹如下：在實(shí)施制動(dòng)操作時(shí)，空氣閥門(mén)口處于半閉合狀態(tài)，控制閥在大氣閥門(mén)處與被拉伸和放松之間，而真空閥口應(yīng)控制閥被擠壓并與后殼體緊貼而處于閉合位置；假如取消剎車(chē)操作，此時(shí)控制閥在真空閥口處未被擠壓或拉伸，而空氣閥橡膠元件與柱塞后端緊貼而處于閉合位置，控制閥在空氣閥口處被拉伸;如果踩下踏板過(guò)程中突然停滯在某一個(gè)位置，踏板推力不再增加時(shí)，空氣閥和真空閥均處閉合位置，控制閥在真空閥門(mén)處以及空氣閥門(mén)處都會(huì)被拉伸或擠壓。
2.5 兩個(gè)平衡位置的介紹
第一平衡位置的簡(jiǎn)述：在助力器后腔進(jìn)氣的時(shí)候，柱塞前端部與反饋盤(pán)之間存在間隙。此時(shí)空氣閥門(mén)開(kāi)啟，前、后腔產(chǎn)生壓力差進(jìn)而產(chǎn)生助力[9]。因此，反饋盤(pán)的副面受作用力，反饋盤(pán)副面被壓縮，主面則產(chǎn)生突起，當(dāng)突出的主面與柱塞前端部間間隙消失時(shí)，則達(dá)到了平衡位置。在這段時(shí)間內(nèi)因?yàn)楹笄贿M(jìn)氣量的增加，即使輸入力不發(fā)生變化，輸出力也會(huì)不斷增加。
第二平衡位置的介紹:在前后腔壓力差下降后期，此時(shí)輸入力的幾乎不發(fā)生變化，反饋盤(pán)的主面幾乎不受力，此時(shí)的制動(dòng)力絕大部分由助力器的伺服力供給，并且伺服力又使反饋盤(pán)保持持續(xù)的壓縮狀態(tài)。此時(shí)，如果踏板推桿受彈簧抗力而被向后移動(dòng)，因?yàn)橹鞲坠┙o不了充足的抗力來(lái)和剩余的伺服助力相平衡，讓反饋盤(pán)形成不了足夠大的形變量，來(lái)給助力器的平衡提供補(bǔ)償，那么助力器將不處于平衡位置。接著真空閥開(kāi)啟，伺服助力得到釋放，反饋盤(pán)主副面不受力而使得形變量為零，助力器回到了最初狀態(tài)。因?yàn)樗欧Φ募虞d以及伺服力的卸載，控制閥閥門(mén)平衡位置發(fā)生變化，那么可得結(jié)論，跳躍值在伺服力釋放時(shí)是比始動(dòng)力時(shí)大的。
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第3章 真空助力器的特性（曲線）描繪
3 真空助力器的特性（曲線）描繪
在產(chǎn)品檢測(cè)時(shí)，真空助力器的特性曲線用來(lái)檢測(cè)其輸入力和輸出力之間線性關(guān)系的曲線[10]，依照 QC/T307—1999標(biāo)準(zhǔn)，可得其工作特性曲線如圖3所示：
圖3.1 助力器工作特性曲線
F1-最大助力點(diǎn)時(shí)的助力器的輸入力；
F1’-輸入力為最大助力點(diǎn)80%時(shí)所對(duì)應(yīng)的輸入力；
F2-最大助力點(diǎn)時(shí)的助力器的輸出力；
F2’-輸出力為最大助力點(diǎn)80%時(shí)所對(duì)應(yīng)的輸出力；
JP-跳躍值；
Fa-始動(dòng)力；
Fa1-釋放力；
3.1 始動(dòng)力Fa的計(jì)算
真空助力器的始動(dòng)力Fa是指：助力器開(kāi)始產(chǎn)生輸出力時(shí)候的最小輸入力，其值計(jì)算如下：
對(duì)于單閥體助力器：
(3.1.1)
對(duì)于雙閥體助力器：
(3.1.2)
F3-橡膠閥簧裝配抗力（單位：N）;
F4-閥桿回動(dòng)彈簧裝配抗力（單位：N）；
FR-空氣閥座簧裝配抗力（單位：N）；
FKP-空氣閥座氣壓作用力（單位：N）；
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，F(xiàn)a取值區(qū)間應(yīng)為：
3.2 跳躍值JP的確定
跳躍值JP是指：在輸入力不變的情況下，輸出力發(fā)生變化，其變化量即是跳躍值。
跳躍值JP應(yīng)該根據(jù)反饋盤(pán)的受力情況來(lái)確定，據(jù)規(guī)定，進(jìn)行理論與設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，跳躍值JP應(yīng)該取值250N，但需進(jìn)行實(shí)際測(cè)試時(shí)，其值不應(yīng)大于300N。
真空助力器跳躍值JP的檢查在于測(cè)試真空助力器設(shè)計(jì)的互換性與其裝配的正確性。如果跳躍值JP太大則會(huì)影響真空助力器的跳躍性，在制動(dòng)系統(tǒng)工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生脈沖制動(dòng)現(xiàn)象，而且真空助力器的壽命也會(huì)受到極大的影響。如果和真空助力器配合工作的制動(dòng)主缸的尺寸較小，則所要求的跳躍值JP也相對(duì)而言越小，設(shè)計(jì)優(yōu)良而配合也很好的真空助力器，跳躍值JP是要求很小的，目的是為了達(dá)到一個(gè)圓劃曲線過(guò)度。而增加助力器的壽命，當(dāng)然其跳躍性也會(huì)得到提升。
3.3 釋放力Fa1的確定
真空助力器釋放力Fa1是指：在降壓過(guò)程中，當(dāng)輸入力降為零時(shí)，助力器仍有輸入力，這個(gè)輸入力的大小被稱為殘留值或釋放力。
根據(jù)相關(guān)規(guī)定真空助力器釋放力Fa1的數(shù)值應(yīng)該大于30N,其目的是即便由于制動(dòng)踏板機(jī)構(gòu)的重力影響和制動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦力影響，輸入力并為降到零，但這是的輸出力必須降到零，以完成可靠的制動(dòng)解除。
3.4 最大助力點(diǎn)E的計(jì)算
最大助力點(diǎn)E是指：當(dāng)真空度達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)，伺服膜片所產(chǎn)生的伺服力與此時(shí)的輸入力之和所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)。這時(shí)候，伺服膜片所產(chǎn)生的伺服力達(dá)到最大值。因此有：
(3.4.1)
E-最大助力點(diǎn)；（單位：N）；
FS-最大伺服力；（單位：N）；
：
(3.4.2)
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P-伺服膜片真空極限；（根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)P=0.0667MPa）
DS-助力膜片直徑；
第4章 機(jī)械式制動(dòng)輔助系統(tǒng)（MBA）結(jié)構(gòu)及其原理
第4章 機(jī)械式制動(dòng)輔助系統(tǒng)（MBA）結(jié)構(gòu)及其原理
4 機(jī)械式制動(dòng)輔助系統(tǒng)（MBA）結(jié)構(gòu)及其原理
本設(shè)計(jì)所研究的機(jī)械式制動(dòng)輔助系統(tǒng)是在前兩個(gè)章節(jié)所介紹的真空助力器的基礎(chǔ)之上，通在原有真空助力器的控制閥殼體上 加裝一個(gè)鎖止裝置。這樣使得當(dāng)駕駛?cè)藛T采取正常制動(dòng)或制動(dòng)速度較為緩慢時(shí)，鎖止裝置并不會(huì)被觸發(fā)。而當(dāng)遇到緊急情況時(shí)，制動(dòng)踏板被迅速踩下，鎖止機(jī)構(gòu)就會(huì)被觸發(fā)，即使此時(shí)踏板力不足，真空助力器的空氣閥門(mén)也會(huì)因鎖止機(jī)構(gòu)的觸發(fā)而保持長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)開(kāi)啟，這樣就增加了真空助力器后腔的進(jìn)氣量，進(jìn)而前腔與后腔的壓力差就增大，所以能夠使真空助力器得以產(chǎn)生更大的助力。
4.1 MBA的機(jī)械結(jié)構(gòu)介紹
本論文設(shè)計(jì)的機(jī)械式制動(dòng)輔助裝置（MBA）是在目前普遍使用的真空助力器上加裝了一套機(jī)械式鎖止機(jī)構(gòu)，能夠在駕駛?cè)藛T快速踩下制動(dòng)踏板時(shí)執(zhí)行鎖止操作，來(lái)使柱塞與控制閥之間的間隙繼續(xù)保持一段時(shí)間而不會(huì)很快閉合，以增加真空助力器后腔的進(jìn)氣量進(jìn)而增加助力。
其結(jié)構(gòu)如圖4.1所示：
1- 柱塞；2-后殼體；3-BA調(diào)度環(huán)；4-BA鋼球；
5- 調(diào)度環(huán)彈簧；6-BA套筒；7-鋼球支架
圖4.1 MBA的結(jié)構(gòu)圖
4.2 MBA的工作原理
機(jī)械式制動(dòng)輔助系統(tǒng)(MBA)是在在原有真空助力器上做了簡(jiǎn)單的改進(jìn)，所以和真空助力器一樣，其工作過(guò)程也大致分為三個(gè)過(guò)程[11]。其具體闡釋如下：
4.2.1 制動(dòng)系統(tǒng)不工作時(shí)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)
制動(dòng)系統(tǒng)不工作且BA處于原始狀態(tài)，在控制閥彈簧的作用下，伸長(zhǎng)的控制閥膜片與柱塞后端面緊密接觸，外界大氣無(wú)法進(jìn)入后腔。這時(shí)，踏板推桿和與其鉸接的柱塞尚未受到制動(dòng)踏板的推力；主缸推桿也未受到推力；回位彈簧保持初始抗力，尚未被進(jìn)一步壓縮；
11
在踏板推桿彈簧作用下，踏板推桿和與其鉸接的柱塞被推倒后極限位置，即此時(shí)的真空閥開(kāi)啟，前腔和后腔之中的空氣可以經(jīng)過(guò)兩通道得以流通，所以此時(shí)前腔后腔之間無(wú)壓力差；橡膠反饋盤(pán)與柱塞之間存在間隙。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，真空單向閥被吸開(kāi)，氣室中便產(chǎn)生了真空度。此過(guò)程如圖4.2所示：
圖4.2 未實(shí)施制動(dòng)操作時(shí)的機(jī)構(gòu)示意圖
4.2.2 正常制動(dòng)時(shí)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)
駕駛員進(jìn)行正常制動(dòng)操作，輔助制動(dòng)裝置BA不參與工作：操作人員以正常或較為緩慢速度踩下制動(dòng)踏板，控制閥受到踏板推桿的推力，同樣，柱塞和BA套筒也將受到踏板推桿的推力而向前移動(dòng)，進(jìn)而使柱塞與橡膠反饋盤(pán)間的間隙消失，推力便經(jīng)過(guò)橡膠反饋盤(pán)傳遞給了制動(dòng)主缸推桿。與此同時(shí)，在控制閥彈簧的作用下，控制閥膜片產(chǎn)生變形而前移，最后與控制閥腔內(nèi)端面緊密接觸，那么通道就被關(guān)閉，即真空閥閉合。
接著，柱塞繼續(xù)受到推桿的推力向前移動(dòng)，進(jìn)而使控制閥與柱塞之間產(chǎn)生縫隙，這時(shí)大氣閥門(mén)打開(kāi)，外部空氣經(jīng)過(guò)濾芯，控制閥腔和通道A進(jìn)入真空助力器后腔，后腔真空度減小，那么前腔和后腔出現(xiàn)壓力差，它將帶著橡膠反饋盤(pán)、BA調(diào)度環(huán)、后殼體、主缸推桿、BA鋼球支架和鋼球向前移動(dòng)，起到一個(gè)助力的作用。此過(guò)程的機(jī)構(gòu)如圖4.3：
圖4.3 正常制動(dòng)時(shí)機(jī)構(gòu)示意圖
制動(dòng)操作人員以正常速度或較慢速度實(shí)施制動(dòng)，踏板推桿便以較慢速度和較小推力向前移動(dòng)，控制閥與膜片座后端產(chǎn)生的縫隙也就較小，即真空閥開(kāi)度不大，所以進(jìn)入氣室后腔的外界空氣量較少，那么氣室前腔與后腔之間所形成的空氣壓力差也就較小，進(jìn)而與后殼體相連接的鋼球支架前移量較小，但是因?yàn)檫@時(shí)和柱塞相連接的BA套筒前移量也較小，所以這段期間鋼球支架和BA套筒前移速度相等，確切的說(shuō)兩者之間是伴隨前移，此過(guò)程中BA是起不到輔助制動(dòng)作用的。如果處于半制動(dòng)狀態(tài)即踏板在向前推進(jìn)中突然停滯，那么隨著后腔不斷充入外界空氣，膜片座與助力膜片也不斷向前移動(dòng)，直至與之相連的控制閥膜片再次和與踏板推桿相連的柱塞接觸，即空氣閥門(mén)再次關(guān)閉；如果踏板推進(jìn)控制閥推桿不斷地緩慢向前移動(dòng)，那么空氣閥門(mén)將自行完成重復(fù)的開(kāi)啟與閉合的循環(huán)操作，那么同樣，鋼球支架和BA套筒之間仍然是伴隨前移的狀態(tài)。
4.2.3緊急制動(dòng)情況下時(shí)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)
緊急制動(dòng)情況下，駕駛?cè)藛T快速踩下制動(dòng)踏板，BA被觸發(fā)：遇到緊急情況，駕駛?cè)藛T迅速踩下制動(dòng)踏板，制動(dòng)踏板推桿推動(dòng)控制閥、BA套筒、橡膠反饋盤(pán)、主缸推桿向前移動(dòng)，同時(shí)克服裝于前腔回位彈簧的抗力?？刂崎y與柱塞間產(chǎn)生縫隙使得外界空氣充入氣室后腔，雖然一段時(shí)間內(nèi)控制閥與柱塞間縫隙大于慢速踩下制動(dòng)踏板時(shí)控制閥與柱塞間的縫隙，但伺服氣室前、后腔的空氣壓力差所推動(dòng)的與后殼體相連接的滾珠支架前移量仍然小于與柱塞的BA套筒的前移量，進(jìn)而便會(huì)使BA套筒和鋼球支架之間產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)，這相對(duì)移動(dòng)的量足以使鋼球滾下BA套筒的臺(tái)階并被調(diào)度環(huán)彈簧緊壓在BA套筒的臺(tái)階下,如圖4.4所示。這樣，當(dāng)遇到踏板推力不足的情況，在BA套筒與鋼球支架的反作用下，柱塞與控制閥之間的距離便會(huì)繼續(xù)保持一段時(shí)間而不會(huì)迅速閉合，從而增大了氣室后腔的進(jìn)氣量，增大了壓力差，進(jìn)而增大助力作用。
如果制動(dòng)踏板突然停滯，因?yàn)榇藭r(shí)空氣閥門(mén)是打開(kāi)的，外部空氣不斷充入伺服氣室的后腔之中，那么助力膜片及膜片座在前腔與后腔之間的壓力差作用下向前移動(dòng)，所以和膜片座相接的后殼體也將帶動(dòng)鋼球支架和調(diào)度環(huán)向前移動(dòng)，其前移量足以使鋼球退回BA套筒臺(tái)階之上，那么后殼體驅(qū)使控制閥向前移動(dòng)最終控制閥膜片和柱塞之間縫隙消除并緊密連接（即此時(shí)空氣閥關(guān)閉）。
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圖4.4 迅速制動(dòng)操作的機(jī)構(gòu)示意圖
如果制動(dòng)踏板突然停滯，因?yàn)榇藭r(shí)空氣閥門(mén)是打開(kāi)的，外部空氣不斷充入伺服氣室的后腔之中，那么助力膜片及膜片座在前腔與后腔之間的壓力差作用下向前移動(dòng)，所以和膜片座相接的后殼體也將帶動(dòng)鋼球支架和調(diào)度環(huán)向前移動(dòng)，其前移量足以使鋼球退回BA套筒臺(tái)階之上，那么后殼體驅(qū)使控制閥向前移動(dòng)最終控制閥膜片和柱塞之間縫隙消除并緊密連接（即此時(shí)空氣閥關(guān)閉），回到初始狀態(tài)。此過(guò)程中，當(dāng)迅速踩下制動(dòng)踏板而并不需要很大的制動(dòng)力就可以產(chǎn)生很大的制動(dòng)力。
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第5章 關(guān)鍵零件的尺寸設(shè)計(jì)
5關(guān)鍵零件的尺寸設(shè)計(jì)
5.1 真空助力器的尺寸
根據(jù)之前選定的直徑為7寸的標(biāo)準(zhǔn)真空助力器，故選擇真空助力器的大徑直徑為￠233，上、下偏差分別為+0.4和+0.1。
5.2 橡膠反饋盤(pán)尺寸與過(guò)盈量
本設(shè)計(jì)對(duì)橡膠反饋盤(pán)的配合公差和密封性都是有要求的，因?yàn)樵O(shè)計(jì)到密封性，那么配合形式一定為過(guò)盈配合[12]。如果配合公差過(guò)小，那么不能密封性會(huì)受到影響；如果配合公差過(guò)大，那么配合不良，那么橡膠反饋盤(pán)的導(dǎo)程運(yùn)動(dòng)會(huì)受到摩擦力的影響，適合的配合公差對(duì)橡膠反饋盤(pán)的工作性能起著決定性的作用。此處依照與之配合的活塞尺寸和上述設(shè)計(jì)要求的橡膠反饋盤(pán)的直徑為Φ27mm，與活塞的配合形式為過(guò)盈配合，配合公差取值1.5mm。
5.3 助力膜片的尺寸設(shè)計(jì)與校核
助力膜片的材料為橡膠，橡膠制品是具有彈性的，彈性元件有著很好的密封性能。膜片的有效工作面積真空助力器工作性能的重要參數(shù)。
依照上述設(shè)計(jì)的橡膠反饋盤(pán)的尺寸，橡膠反饋盤(pán)的直徑為Φ27mm,柱塞的直徑：Φ13.6mm。
依照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，真空助力器前腔真空度規(guī)定為66.7kPa。
假設(shè)真空助力器空氣閥打開(kāi)后后腔的真空度下降為零即后腔腔內(nèi)氣壓與大氣壓相同,那么前、后腔之間的壓力差增加至極限值,則助力器工作性能達(dá)到最大助力點(diǎn)，助力器工作效率忽略不計(jì),回位彈簧的抗力和阻塞形狀的影響也不計(jì),那么能夠得出公式:
（5.2.1）
（5.2.2）
（5.2.3）
（5.2.4）
依照上述前、后腔之間的壓力差分析公式得：
15
（5.2.5）
d1-橡膠反饋盤(pán)直徑；
d2-柱塞直徑；
IS-助力器助力比
依照上述所設(shè)定數(shù)據(jù)能夠得到：
依照真空助力器工作的特性曲線：最大輸入力取F1=672,所以根據(jù)式5.2.3有：
按標(biāo)準(zhǔn)，直徑為7寸的真空助力器的助力膜片尺寸為203mm,則校核合格，即符合工作標(biāo)準(zhǔn)。
5.4 鋼球的尺寸選擇與校核
為了便于生產(chǎn)與裝配，鋼球的選擇按照常用滾動(dòng)軸承中滾珠的材料與尺寸來(lái)確定：型號(hào)為Φ4mm,材料為GCr40,熱處理方式為調(diào)質(zhì)，許用接觸應(yīng)力條件為：。
鋼球同時(shí)受到三個(gè)構(gòu)件對(duì)其的作用力，分別為支架、調(diào)度環(huán)和套筒，容易受到擠壓而形成壓饋的失效形式，那么此處應(yīng)該考慮鋼球的接觸強(qiáng)度。下面給出其受力情況分析以及接觸強(qiáng)度的校核:
單個(gè)鋼球工作過(guò)程受力形式如圖5.1所示，和與其接觸構(gòu)件之間的摩擦力忽略不計(jì)。
圖5.1 鋼球的受力分析示意圖
其受力分析如下：
（5.4.1）
（5.4.2）
F4—
—套筒臺(tái)階的接觸角；
（5.4.3）
Fa調(diào)度環(huán)—調(diào)度環(huán)的軸向力；
由上述對(duì)鋼球工作過(guò)程受力分析可得：
（5.4.4）
16
（5.4.5）
（5.4.6）
其中彈性元件的彈性模量 E=2.07×105MPa；泊松比取μ=0.3；為達(dá)到平衡的效果，鋼球的數(shù)目取值為n=4；根據(jù)設(shè)計(jì)，為了便于BA機(jī)構(gòu)的鎖止和解鎖，調(diào)度環(huán)的接觸角度取值為：；調(diào)度環(huán)的軸向力取特性曲線中最大助力點(diǎn)時(shí)的最大輸入力F1，即：。那么接觸應(yīng)力的強(qiáng)度條件為：
（5.4.7）
依據(jù)公式（5.4.7）的校核結(jié)果，符合工作要求，即校核成功。
5.5 BA調(diào)度環(huán)與調(diào)度環(huán)彈簧的設(shè)計(jì)與校核
1）BA調(diào)度環(huán)(關(guān)鍵參數(shù)為接觸角)：
圖5.2 調(diào)度環(huán)受力分析示意圖
BA調(diào)度環(huán)的設(shè)計(jì)與校核關(guān)鍵之處是調(diào)度環(huán)臺(tái)階處的角度α2接觸，受力分析如圖5.2。分析鋼球在制動(dòng)輔助裝置解鎖時(shí)不被鋼球支架和BA調(diào)度環(huán)卡死的徑向受力平衡的條件，如圖5.3：
圖 5.3 鋼球 、調(diào)度環(huán)、 鋼球支架受力分析示意圖
BA鋼球徑向受力公式：
（5.5.1）
f-滑動(dòng)摩擦系數(shù)
BA鋼球軸向受力公式：
17
（5.5.2）
把BA鋼球軸向受力公式（5.5.2）代入到BA鋼球徑向受力公式（5.5.1）有：
（5.5.3）
（5.5.4）
（5.5.5）
上述數(shù)據(jù)中擬定接觸角，且接觸角α2接觸為BA鋼球與BA調(diào)度環(huán)的接觸角，現(xiàn)規(guī)定調(diào)度環(huán)材料為一般滾動(dòng)軸承所使用的材料GGr15，BA鋼球材料為GCr40，查有關(guān)資料得GCr40與GGr15間的摩擦系數(shù)也即低碳鋼與低碳鋼之間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)f=0.57那么依照公式（5.5.5）有：
（5.5.6）
則在BA裝置觸發(fā)鎖止時(shí)BA調(diào)度環(huán)和BA鋼球之間的接觸角α2接觸只由摩擦系數(shù)f 決定，依照上述設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)以及由公式(5.4.7)解出：
（5.5.7）
由（5.5.6）和（5.5.7）可知校核成功，即符合BA制動(dòng)輔助裝置的工作要求。
2）調(diào)度環(huán)彈簧的選取：
選取原則：其抗力足以克服初始狀態(tài)時(shí)的摩擦力，而且在鎖止BA鋼球時(shí)可以施加足夠的擠壓力，確保便于BA鋼球的鎖止和卡死。
此處按標(biāo)準(zhǔn)選取彈簧的型號(hào)為ICM095G 01，其外徑尺寸D彈簧為￠12mm,剛度為：G彈簧=3.61，壓并高度為3.53mm,自由高度L彈簧=12.5mm,內(nèi)徑為d彈簧=9.6mm,彈簧數(shù)量取n彈簧=4，但對(duì)于單個(gè)彈簧的受力分析，此處取n=1。
為保證BA制動(dòng)輔助裝置解鎖時(shí)，鋼球不至于卡死，故校核如下：
彈簧抗力公式：
18
（5.5.8）
再由套筒對(duì)鋼球壓力公式（5.4.1）：以及BA調(diào)度環(huán)對(duì)鋼球壓力公式（5.4.4）：可得到：
那么在BA制動(dòng)輔助裝置解鎖時(shí)，鋼球不會(huì)被卡死，故校核成功，所選取彈簧符合工作要求。
5.6 BA套筒及套筒彈簧的設(shè)計(jì)與校核
1)BA套筒的設(shè)計(jì)（關(guān)鍵參數(shù)為接觸角的設(shè)計(jì)）：
工作工程中BA套筒會(huì)受BA鋼球與套筒彈簧的力，受力分析如圖5.4所示，BA套筒曲線部分與BA鋼球外圓弧相切，直線部分接觸角設(shè)計(jì)為為，BA套筒的數(shù)量應(yīng)設(shè)計(jì)為n套筒=4，和上述BA調(diào)度環(huán)與調(diào)度彈簧的受力分析相同，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該保證鋼球能夠順利鎖止與解鎖。
圖5.4 BA套筒受力分析示意圖
確保BA鋼球不會(huì)被卡死然后能進(jìn)行徑向運(yùn)動(dòng)的平衡條件，如圖5.5所示：
圖5.5條件為鋼球不被卡死的受力分析圖
BA鋼球能夠進(jìn)行徑向運(yùn)動(dòng)時(shí)應(yīng)符合平衡公式：
（5.6.1）
BA鋼球能夠進(jìn)行軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)應(yīng)符合平衡公式：
(5.6.2)
將BA鋼球徑向運(yùn)動(dòng)公式（5.6.1）與BA鋼球軸向運(yùn)動(dòng)公式(5.6.2)合并得：
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(5.6.3)
(5.6.4)
那么接觸角α1接觸只和摩擦系數(shù) f 有關(guān)，且接觸角α1接觸為BA鋼球與BA套筒的接觸角，上述設(shè)計(jì)了，現(xiàn)規(guī)定套筒材料為一般滾動(dòng)軸承所使用的材料GGr15，BA鋼球材料為GCr40，查有關(guān)資料得GCr40與GGr15間的摩擦系數(shù)也即低碳鋼與低碳鋼之間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)f=0.57那么依照公式(5.6.4)有：
由此可知，校核合格，符合工作要求。
2）套筒彈簧的設(shè)計(jì)：
選擇原則：其抗力足以克服初始狀態(tài)時(shí)的摩擦力，而且在鎖止BA鋼球時(shí)可以施加足夠的擠壓力，確保便于BA鋼球的鎖止和卡死[13]。
此處按標(biāo)準(zhǔn)選取彈簧的型號(hào)為ICM095G 01，其外徑尺寸D彈簧為Φ12mm,剛度為：G彈簧=3.61，壓并高度為3.53mm,自由高度L彈簧=12.5mm,內(nèi)徑為d彈簧=9.6mm,彈簧數(shù)量取n彈簧=4，但對(duì)于單個(gè)彈簧的受力分析，此處取n=1。
為保證BA制動(dòng)輔助裝置解鎖時(shí)，鋼球不至于卡死，故校核如下：
彈簧抗力公式：
（5.5.8）
再由套筒對(duì)鋼球壓力公式（5.4.1）：以及BA調(diào)度環(huán)對(duì)鋼球壓力公式（5.4.4）：可得到：
那么在BA制動(dòng)輔助裝置解鎖時(shí)，鋼球不會(huì)被卡死，故校核成功，所選取彈簧符合工作要求。
第6章 真空助力器標(biāo)準(zhǔn)零件的規(guī)定
6 真空助力器標(biāo)準(zhǔn)零件的規(guī)定
6.1 裝配尺寸鏈的計(jì)算
裝配尺寸鏈與真空助力器的密封性及其他工作性能有著非常密切的關(guān)系，現(xiàn)就真空助力器中主要部件之間的配合做一般性規(guī)定[14]，如表6.1所示：
表6.1主要部件之間的配合規(guī)定
序號(hào)
項(xiàng)目
代號(hào)
數(shù)值
注
1
空氣閥座與反饋盤(pán)的間隙
S1
0.7-1
平端接觸
-0.1-0.2
平端接觸
2
控制閥與橡膠閥的真空閥口
S2
0.5-0.8
3
空氣閥座行程
1.7-2.2
4
回位彈簧裝配高度
H1
符合設(shè)計(jì)
5
閥門(mén)彈簧裝配高度
H2
符合設(shè)計(jì)
6
推桿回動(dòng)彈簧裝配高度
H3
符合設(shè)計(jì)
7
控制閥體全行程
S
符合設(shè)計(jì)
8
主缸推桿與前殼端面距離
K
9
控制閥尾端面至密封處距離
全行程+3
10
前、后殼體裝配高度
H
符合設(shè)計(jì)
11
前殼氣封壓入深度（R除外）
>2
12
前殼氣封壓入深度（R除外）
>2
6.2 橡膠元件材料、邵爾硬度以及過(guò)盈量的規(guī)定
橡膠元件是保證密封性的重要元件，所以對(duì)橡膠元件個(gè)參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的規(guī)定是必要的，故按標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其做一般性規(guī)定如下：
表6.2 橡膠元件參數(shù)
序號(hào)
密封部位
材料
邵爾硬度
過(guò)盈量
1
前殼密封與主缸推桿
NBR/SBR
A705
0.5-0.8
2
前殼密封與前殼體
0.35-0.45
3
膜片與控制閥體
SBR
A655
1.6-2.2
4
膜片與殼體
0.8-1.6
5
反饋盤(pán)與控制閥體
NBR
A603
0.15
6
橡膠閥部件與控制閥體
EPDM
A505
0.3-0.5
7
后殼體密封與控制閥體
NBR
A705
0.5-0.8
8
后殼密封與后殼體
0.3-0.5
9
接頭座與前殼體
CR
A555
1.2-2
6.3 閥桿部分的強(qiáng)度檢驗(yàn)
真空助力器中的閥桿部分受力較大，而且其工作工程中受力很大，其加工工藝方法為球接或者為鉚接，故有必要對(duì)其做規(guī)定與檢驗(yàn)[15]。其材料一般選為40Cr，按真空助力器工
21
作標(biāo)準(zhǔn)QC/T307-1999對(duì)此種材料的規(guī)定結(jié)果如下：
表6.3 閥桿部分應(yīng)力規(guī)定
直徑(mm)
拉力（N）
彎矩
彎曲角極限
Φ8mm-Φ14mm
<18000
<40
<8
因真空助力器中的閥桿部分一般只受拉力作用，所以此處對(duì)此材料的彎矩及彎曲角極限不予考慮，又依照真空助力器工作特性曲線知：最大助力點(diǎn)處的最大輸出力F2=1786N, 最大助力點(diǎn)處的最大輸入力F1=672，所以其符合F<18000N的條件，故校核合格。
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6.4 螺栓的強(qiáng)度校核
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)7寸真空助力器，螺栓的型號(hào)選取為M8,最小直徑為d螺栓min=8mm,真空助力器使用率高，故強(qiáng)度設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于其疲勞強(qiáng)度，其規(guī)定及校核如下：
表6.4 螺栓對(duì)稱循環(huán)下的拉壓疲勞極限（MPa）
材料
35
45
40Cr
—IT
170—220
190—250
240—340
(6.4.1)
式中KC為剛性系數(shù)，其值一般取在0.2至0.3之間，F(xiàn)出為最大輸出力，按真空助力器的特性曲線取其值為F出=F2=1786N,而其許用應(yīng)力幅值可依照下面公式來(lái)算：
(6.4.2)
式中,表示尺寸系數(shù)，當(dāng)最小直徑小于12mm時(shí)一般取1；是指螺栓對(duì)稱循環(huán)下的拉壓疲勞極限，單位為MPa，此螺栓材料為40Cr,取其值為300MPa;KV為螺紋加工工藝系數(shù)，此螺栓采用車(chē)制工藝故取值KV=1；代表結(jié)構(gòu)強(qiáng)化系數(shù)，取值范圍為1.35—1.6，此處取值1.4；na為安全系數(shù)，一般取值為2.5—4，為保證安全，取值為4；,K為有效應(yīng)力集中，取值范圍為3.0—5.2，真空助力器的螺栓主要受的是靜應(yīng)力，應(yīng)力集中不大，故此處取值3.0。
所以，根據(jù)上述取值及公式(6.4.1)與公式(6.4.2)可得：
由此可得，校核合格，螺栓型號(hào)為M8符合真空助力器工作標(biāo)準(zhǔn)。
6.5 前殼體與后殼體的強(qiáng)度檢驗(yàn)
殼體的受力主要是空氣的壓力差對(duì)其產(chǎn)生的拉力，故收口處的厚度應(yīng)與其他部分一致或略厚，以防止產(chǎn)生形狀突變而造成的應(yīng)力集中，對(duì)于旋合部分，其突出部位應(yīng)超出殼體外緣>0.5mm，當(dāng)受拉力時(shí)，其變形量應(yīng)滿足下列條件：軸向拉力F應(yīng)小于6860N；殼體彈性變形小于1.4mm;殼體永久變形小于0.4mm。
由上述計(jì)算可知，真空助力器最大助力點(diǎn)處的最大輸出力為F2=1786N,遠(yuǎn)小于其規(guī)定的軸向極限拉力F=6860N則殼體材料和厚度可規(guī)定如下表：
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表6.5 前、后殼體的材料及尺寸選擇
連接方式
殼體材料
拉力載荷
前、后殼體厚度
收口
08F冷軋鋼板
>10KN
1mm
08F冷軋鋼板
>20KN
1.5mm
旋合
08F冷軋鋼板
>10KN
1.5mm
6.6 錐形彈簧的選取與檢驗(yàn)
真空助力器中有兩處用到了錐形彈簧，分別為控制閥彈簧和回位彈簧，回位彈簧選取的規(guī)格為：小頭圈半徑R1=8mm, 大頭圈半徑R2=12mm; 控制閥彈簧選取的規(guī)格為：小頭圈半徑R1=6 mm, 大頭圈半徑R2=8mm，彈簧直徑都選取為d=0.5mm,有效圈數(shù)為n=5，材料選取為215000系列65Mn。
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第7章 小結(jié)
第7章 小結(jié)
7 小結(jié)
本設(shè)計(jì)是在參照德國(guó)博世、蕪湖博特利、廈門(mén)享東、西安振倡電子等公司的專(zhuān)利產(chǎn)品基礎(chǔ)之上而設(shè)計(jì)出的一款適用于轎車(chē)的制動(dòng)輔助系統(tǒng)。
以現(xiàn)有轎車(chē)上普遍使用的型號(hào)為7寸的標(biāo)準(zhǔn)真空助力器為原形，參考許兆棠、劉永城主編的《汽車(chē)構(gòu)造》以及余志生主編的《汽車(chē)?yán)碚摗飞纤榻B的真空助力器具體結(jié)構(gòu)。通過(guò)在真空助力器之中加裝一個(gè)鎖止機(jī)構(gòu)，使其能夠在緊急制動(dòng)狀況下判斷情況并迅速觸發(fā)該機(jī)構(gòu)以通過(guò)增大助力來(lái)縮短制動(dòng)距離，提高了橋車(chē)的安全性能。
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附錄
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