影響真空助力器最大助力點以下密封性的因素

何宇益

（浙江迪爾制動器有限公司，浙江玉環 317600）

0 引言

按QC/T307-1999《真空助力器技術條件》［1］規定，真空助力器密封性分為非工作密封性、最大助力點以下密封性、最大助力點以上密封性。根據筆者的工作體會，在現實生產檢測中，許多真空助力器非工作密封性，最大助力點以上密封性測試結果為良好，但最大助力點以下密封性不良的情況較常見，影響因素也較多，下面將作分析。

1 最大助力點以下密封性試驗方法

將真空助力器與真空源連接，其輸入力達到最大助力點50%～70%，推桿行程為全行程70%～80%，當真空度達到66.7±1.3 kPa時，切斷真空源，系統壓力穩定后，檢測時間為15 s時的真空度下降值。

2 真空助力器的動平衡狀態及原理圖

根據試驗方法可知檢測最大助力點以下密封性就是檢測動平衡狀態密封性。如圖1所示，此時真空助力器行程、輸入力均按標準要求。真空閥口和空氣閥口均全部關閉，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。但在工作過程中密封面長期處于凹面、平面的形變狀態。形變量越大，恢復到平面狀態所需時間越長，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，則平衡狀態時形變量也越小，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）控制閥皮碗長度尺寸與閥體長度尺寸的關系

對于復合式控制閥結構［3］，如圖1所示。

式中:L1為控制閥皮碗自然高度;

L2為控制閥彈簧座臺階高度;

L為閥體密封唇口至限位處長度。

對于疊加式控制閥結構，如圖2所示。

式中:L1為控制閥皮碗自然高度;

L3為控制閥皮碗臺階高度;

L為閥體密封唇口至限位處長度。

因為真空閥口關閉，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（復合式控制閥結構）、L1－L3＜L（疊加式控制閥結構），關閉真空閥口時，則首先要克服控制閥皮碗拉長變形所產生的力，抵消了部分閥門彈簧對皮碗的壓力，導致閥口關閉不嚴而產生漏氣。

（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密，密封效果會更好，彈簧力太小會導致密封效果不佳，產生漏氣現象。當然并不是說將閥門彈簧力設計成越大越好，因為隨著長期的較大彈簧負荷，控制閥皮碗與閥體密封唇口接合處會產生永久變形，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影響釋放力和始動力 （疊加式控制閥結構）。

對于復合式控制閥結構［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）可轉換為:

由式 （5）可知復合式控制閥結構閥門彈簧力越大，則釋放力越小，兩者成反比關系。

式中:F始為真空助力器始動力;

A空為空氣閥座與控制閥皮碗密封處面積。

此時，p后=p前=66.7 kPa。

由式 （6）可以看出，閥門彈簧力的大小對始動力無影響。

對于疊加式控制閥結構，如圖2所示。

當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）可轉換為:

由式 （8）可知疊加式控制閥結構閥門彈簧力越大，則釋放力越大，兩者成正比關系。

此時，p后=p前=66.7 kPa。

由式 （9）可以看出，閥門彈簧力與始動力成正比關系。

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構

由真空助力器平衡狀態及原理圖可知，空氣閥口的密封性是影響最大助力點以下密封性的一個重要因素。最常見的配合結構有兩種:

①凸臺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式控制閥皮碗，如圖4所示。

圖3中，R通過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生較大的密封環面，面積越大產生密封壓力越小，則密封效果越不理想。δ1太小，將會形成鋒利的尖角，長時間工作過程中，尖角會對密封面進行切割并加以損壞。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缺陷。而圖4結構與圖3結構剛好相反，是將密封R設計在控制閥皮碗上。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。以上單個和多個因素有可能同時存在于一個真空助力器上。這些因素均可在非工作及最大助力點以上密封性良好的情況下，而僅影響最大助力點以下密封性。

4 結束語

經過以上分析可知，影響真空助力器以下密封性因素較復雜。在日常生產檢測中，如果真空助力器以下密封性不良情況發生比例較大，這說明產品在結構上存在設計缺陷，需要我們不斷試驗、分析，找到問題關鍵之處并加以改進，值得注意的是，我們在增大控制閥皮碗的形變量時，將有利于提高密封性指標，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。同時要保證產品各項性能指標均符合標準要求。

【1】QC/T307-1999真空助力器技術條件［S］.北京:中國標準出版社，1999.

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

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

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