何宇益

（浙江迪尔制动器有限公司，浙江玉环 317600）

0 引言

按QC/T307-1999《真空助力器技术条件》［1］规定，真空助力器密封性分为非工作密封性、最大助力点以下密封性、最大助力点以上密封性。根据笔者的工作体会，在现实生产检测中，许多真空助力器非工作密封性，最大助力点以上密封性测试结果为良好，但最大助力点以下密封性不良的情况较常见，影响因素也较多，下面将作分析。

1 最大助力点以下密封性试验方法

将真空助力器与真空源连接，其输入力达到最大助力点50%～70%，推杆行程为全行程70%～80%，当真空度达到66.7±1.3 kPa时，切断真空源，系统压力稳定后，检测时间为15 s时的真空度下降值。

2 真空助力器的动平衡状态及原理图

根据试验方法可知检测最大助力点以下密封性就是检测动平衡状态密封性。如图1所示，此时真空助力器行程、输入力均按标准要求。真空阀口和空气阀口均全部关闭，前腔真空度为66.7 kPa，后腔真空度为0～66.7 kPa，前后腔存在压力差p0。如果忽略摩擦力的影响且不考虑真空助力器的效率，可列出下面平衡方程式［2］:

式中:F出为真空助力器输出力;

F入为真空助力器输入力;

p0为真空助力器前后腔压力差;

A1为真空助力器膜片有效作用面积;

A2为真空助力器推杆柄部截面积;

A3为真空助力器阀体 （活塞）柄部截面积;

p前为前腔真空度;

F1为真空助力器回位弹簧力。

3 影响最大助力点以下密封性的因素

（1）控制阀皮碗硬度及密封面橡胶厚度

如图1、2所示，δ为密封橡胶厚度。δ越大，橡胶硬度越低，则密封效果越好。但在工作过程中密封面长期处于凹面、平面的形变状态。形变量越大，恢复到平面状态所需时间越长，形成永久性凹槽面的可能性越大。反之，δ越小，橡胶硬度越高，则平衡状态时形变量也越小，密封效果越差。通常情况下，橡胶硬度取50～60（shore A），密封橡胶厚度取1.4～1.6 mm较为合适。

（2）控制阀皮碗长度尺寸与阀体长度尺寸的关系

对于复合式控制阀结构［3］，如图1所示。

式中:L1为控制阀皮碗自然高度;

L2为控制阀弹簧座台阶高度;

L为阀体密封唇口至限位处长度。

对于叠加式控制阀结构，如图2所示。

式中:L1为控制阀皮碗自然高度;

L3为控制阀皮碗台阶高度;

L为阀体密封唇口至限位处长度。

因为真空阀口关闭，靠的是前、后腔真空将皮碗吸附在唇口上，加上阀门弹簧力的作用。如果L1+L2＜L（复合式控制阀结构）、L1－L3＜L（叠加式控制阀结构），关闭真空阀口时，则首先要克服控制阀皮碗拉长变形所产生的力，抵消了部分阀门弹簧对皮碗的压力，导致阀口关闭不严而产生漏气。

（3）阀门弹簧力的大小

阀门弹簧力是影响真空阀口关闭的重要因素。阀门弹簧力越大，则将控制阀皮碗压在密封唇口更严密，密封效果会更好，弹簧力太小会导致密封效果不佳，产生漏气现象。当然并不是说将阀门弹簧力设计成越大越好，因为随着长期的较大弹簧负荷，控制阀皮碗与阀体密封唇口接合处会产生永久变形，且形变量较大，真空阀口气道将变小，影响真空助力器回程速度及其他性能。另外此力的大小还会影响释放力和始动力 （叠加式控制阀结构）。

对于复合式控制阀结构［3］，如图1所示。

式中:F释为真空助力器释放力;

F回为推杆回动弹簧力;

p前为真空助力器前腔真空度;

p后为真空助力器后腔真空度;

A控为控制阀皮碗截面积;

A唇为阀体密封唇口面积;

F阀为阀门弹簧力。

当真空助力器卸载到输出力为零的瞬间，后腔真空度p后近似等于p前为66.7 kPa。

则式 （4）可转换为:

由式 （5）可知复合式控制阀结构阀门弹簧力越大，则释放力越小，两者成反比关系。

式中:F始为真空助力器始动力;

A空为空气阀座与控制阀皮碗密封处面积。

此时，p后=p前=66.7 kPa。

由式 （6）可以看出，阀门弹簧力的大小对始动力无影响。

对于叠加式控制阀结构，如图2所示。

当真空助力器卸载到输出力为零的瞬间，后腔真空度p后近似等于p前为66.7 kPa。

则式 （7）可转换为:

由式 （8）可知叠加式控制阀结构阀门弹簧力越大，则释放力越大，两者成正比关系。

此时，p后=p前=66.7 kPa。

由式 （9）可以看出，阀门弹簧力与始动力成正比关系。

通常情况下，阀门弹簧力控制在8～12 N左右较合适。

（4）空气阀座与控制阀皮碗配合结构

由真空助力器平衡状态及原理图可知，空气阀口的密封性是影响最大助力点以下密封性的一个重要因素。最常见的配合结构有两种:

①凸台式空气阀座配平面式控制阀皮碗，如图3所示。

②圆弧式空气阀座配凸台式控制阀皮碗，如图4所示。

图3中，R通过弹簧力与控制阀皮碗密封面接触，大气阀口的开启和闭合靠二者的离合控制。δ1太大，R将于控制阀皮碗密封面产生较大的密封环面，面积越大产生密封压力越小，则密封效果越不理想。δ1太小，将会形成锋利的尖角，长时间工作过程中，尖角会对密封面进行切割并加以损坏。而δ2是控制R处与密封面的接合深度，也就是形变量。通常情况下取δ1=δ2=0.4～0.6 mm，并且R面和控制阀皮碗密封面要光滑无缺陷。而图4结构与图3结构刚好相反，是将密封R设计在控制阀皮碗上。两者原理一样。需要控制的是δ3=0.4～0.6 mm，R=0.2～0.3 mm左右，另要保证R与SR紧密接触，SR不能触碰到除R以处的部位，否则影响大气阀口密封。

（5）空气阀座与阀体配合间隙

（6）其他因素

另外，阀体密封唇口的平面度和粗糙度、空气阀座与控制阀杆铆接灵活度、铆接后的轴向间隙，控制阀总成装配是否到位等。以上单个和多个因素有可能同时存在于一个真空助力器上。这些因素均可在非工作及最大助力点以上密封性良好的情况下，而仅影响最大助力点以下密封性。

4 结束语

经过以上分析可知，影响真空助力器以下密封性因素较复杂。在日常生产检测中，如果真空助力器以下密封性不良情况发生比例较大，这说明产品在结构上存在设计缺陷，需要我们不断试验、分析，找到问题关键之处并加以改进，值得注意的是，我们在增大控制阀皮碗的形变量时，将有利于提高密封性指标，但也将降低真空助力器的工作效率，而影响真空助力器的滞后率［4］。在保证密封性前提下，有必要检查真空助力器平均滞后率。同时要保证产品各项性能指标均符合标准要求。

【1】QC/T307-1999真空助力器技术条件［S］.北京:中国标准出版社，1999.

【2】杨维和.汽车制动真空助力器的工作原理与性能计算［J］.汽车技术，1991（10）:8－13.

【3】杨维和.制动真空助力器的特性曲线和综合评价［J］.汽车技术，1999（9）:11－14.

【4】赵凯.汽车真空助力器的原理及参数计算［J］.汽车技术，2001（1）:1－4.