黃建霖

（柳州五菱汽車工業(yè)有限公司，廣西 柳州545007）

0 引言

制動(dòng)主缸是汽車液壓制動(dòng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，它的主要作用是通過踏板力的作用，經(jīng)真空助力器放大后，作用在制動(dòng)主缸活塞上，使其向前運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而在制動(dòng)主缸壓力腔產(chǎn)生液壓，再通過制動(dòng)主缸出油口向整車的制動(dòng)系統(tǒng)輸送液壓，從而實(shí)現(xiàn)汽車的剎車功能。

在汽車的制動(dòng)主缸進(jìn)行全新開發(fā)或進(jìn)行設(shè)計(jì)更改時(shí)，從整車布局的合理性考慮，制動(dòng)主缸基本上要求布置在汽車前艙，前艙空間狹隘，制動(dòng)主缸（與油壺和真空助力器組裝在一起）布置時(shí)比較受限制，特別是發(fā)動(dòng)機(jī)前置的汽車尤為明顯，這樣就要求制動(dòng)主缸總長度越短越好，這樣能盡量避免不良因素的影響；同時(shí)國內(nèi)塞柱式主缸的公司眾多，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的情況下，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化能取得自身柱塞式主缸的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，提高產(chǎn)品競(jìng)爭力。本文將對(duì)柱塞式制動(dòng)主缸的現(xiàn)狀、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)要點(diǎn)以及工作原理進(jìn)行主要說明。

1 柱塞式制動(dòng)主缸的現(xiàn)狀以及工作原理

1.1 柱塞式制動(dòng)主缸的現(xiàn)狀

目前大多數(shù)的柱塞式制動(dòng)主缸[1]的結(jié)構(gòu)主要包括主缸缸體、第二彈簧座Ⅰ型、第二彈簧座螺釘、制動(dòng)主皮碗、制動(dòng)副皮碗、第二彈簧座Ⅱ型、第二活塞、第一彈簧座Ⅰ型、第一彈簧座螺釘、第一彈簧座Ⅱ型、第一活塞等零件，詳見圖1。

圖1 柱塞式制動(dòng)主缸結(jié)構(gòu)示意圖

柱塞式制動(dòng)主缸分為兩個(gè)工作腔，分別為第一腔和第二腔。

第一腔是由主缸缸體、制動(dòng)主皮碗、制動(dòng)副皮碗和第一活塞組成的一個(gè)相對(duì)封閉的區(qū)域，制動(dòng)主缸不工作時(shí)，制動(dòng)液沿著曲線E經(jīng)過通道A和活塞孔閥口C流入到第一腔內(nèi)，詳見下圖2和圖3。

圖2 第一活塞示意圖

圖3 第一腔示意圖

第二腔是由主缸缸體、制動(dòng)主皮碗和第二活塞組成的一個(gè)相對(duì)封閉的區(qū)域，制動(dòng)主缸不工作時(shí)，制動(dòng)液沿著曲線F經(jīng)過通道B和活塞孔閥口D流到第二腔內(nèi)，詳見下圖4和圖5。

圖4 第二活塞示意圖

圖5 第二腔示意圖

1.2 柱塞式制動(dòng)主缸工作原理

柱塞式制動(dòng)主缸的工作原理[2，3]及過程詳見圖6的工作特性曲線，S1+S2+S3+S4+S5是柱塞式制動(dòng)主缸兩個(gè)工作腔完成一次動(dòng)作的全過程，第一腔和第二腔在制動(dòng)主缸工作時(shí)動(dòng)作的過程完全一樣，詳見如下：

圖6 塞柱式制動(dòng)主缸工作特性曲線

活塞開始動(dòng)作：作用力開始推動(dòng)第一活塞，同時(shí)第一活塞通過第一彈簧座推動(dòng)第二活塞，即第一活塞和第二活塞幾乎是同時(shí)向前運(yùn)動(dòng)的。

空行程：第一活塞和第二活塞已經(jīng)向前運(yùn)動(dòng)，但第一腔的活塞孔閥口C和第二腔的活塞孔閥口D未達(dá)到完全密封關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，這時(shí)的運(yùn)動(dòng)行程是不能建立壓力的，這段距離就是空行程。

加壓：如圖7所示，當(dāng)?shù)谝磺坏幕钊组y口C和第二腔的活塞孔閥口D達(dá)到完全密封關(guān)閉時(shí)，制動(dòng)液已經(jīng)不能從通道和活塞孔閥口流入第一腔和第二腔，第一腔和第二腔開始建立壓力，并隨著作用力和行程的增加而壓力漸漸加大。

圖7 活塞孔閥口關(guān)閉示意圖

保壓：當(dāng)作用力和行程達(dá)到某一特定的值時(shí)，作用力和行程不再增加的情況下，壓力保持一個(gè)相對(duì)的穩(wěn)定值。

減壓：當(dāng)作用力和行程漸漸減小時(shí)，第一活塞和第二活塞是往后運(yùn)動(dòng)的，而且此時(shí)第一腔的活塞孔閥口C和第二腔的活塞孔閥口D繼續(xù)保持完全密封關(guān)閉狀態(tài)，第一腔和第二腔的壓力開始慢慢減小，直到壓力為零。

空行程：當(dāng)壓力降為零時(shí)，此時(shí)第一腔的活塞孔閥口C和第二腔的活塞孔閥口D未達(dá)到完全密封關(guān)閉，第一活塞和第二活塞仍然往后運(yùn)動(dòng)著。

回到原位：當(dāng)作用力完全消失時(shí)，第一活塞和第二活塞回到原來位置。

2 柱塞式制動(dòng)主缸的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)以及工作原理

2.1 柱塞式制動(dòng)主缸的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

重點(diǎn)對(duì)關(guān)鍵零部件主缸缸體、第一活塞和第二活塞等進(jìn)行簡潔實(shí)用設(shè)計(jì)[4，5]，同時(shí)對(duì)總成內(nèi)部其它零件結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)方面優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而得到了更具競(jìng)爭力成本更低的柱塞式制動(dòng)主缸產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)后的柱塞式制動(dòng)主缸的結(jié)構(gòu)包括主缸缸體、第二彈簧座Ⅰ型、制動(dòng)主皮碗、制動(dòng)副皮碗、第二活塞、第一彈簧座Ⅰ型、第一活塞等零件，詳見下圖8。

圖8 柱塞式制動(dòng)主缸結(jié)構(gòu)示意圖

柱塞式制動(dòng)主缸分為兩個(gè)工作腔，分別為第一腔和第二腔。

第一腔是由主缸缸體1、制動(dòng)主皮碗3、制動(dòng)副皮碗4、第一活塞7組成的一個(gè)相對(duì)封閉的區(qū)域，制動(dòng)主缸不工作時(shí)，制動(dòng)液沿著曲線E經(jīng)過通道A和閥口C流入到第一腔內(nèi)，詳見下圖9。

圖9 第一腔示意圖

第二腔是由主缸缸體1、制動(dòng)主皮碗3、第二活塞5組成的一個(gè)相對(duì)封閉的區(qū)域，制動(dòng)主缸不工作時(shí)，制動(dòng)液沿著曲線F經(jīng)過通道B和閥口D流到第二腔內(nèi)，詳見下圖10。

圖10 第二腔示意圖

2.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的柱塞式制動(dòng)主缸的工作原理

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的柱塞式制動(dòng)主缸的工作原理及過程詳見圖11的工作特性曲線，S1+S2+S3+S4+S5是柱塞式制動(dòng)主缸兩個(gè)工作腔完成一次動(dòng)作的全過程，第一腔和第二腔在制動(dòng)主缸工作時(shí)動(dòng)作的過程完全一樣，詳見如下：

圖11 塞柱式制動(dòng)主缸工作特性曲線

活塞開始動(dòng)作：作用力開始推動(dòng)第一活塞，同時(shí)第一活塞通過第一彈簧座推動(dòng)第二活塞，即第一活塞和第二活塞幾乎是同時(shí)向前運(yùn)動(dòng)的。

空行程：第一活塞和第二活塞已經(jīng)向前運(yùn)動(dòng)，但第一腔的閥口C和第二腔的閥口D未達(dá)到完全密封關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，這時(shí)的運(yùn)動(dòng)行程是不能建立壓力的，這段距離就是空行程。

加壓：如圖12所示，當(dāng)?shù)谝磺坏拈y口C和第二腔的閥口D達(dá)到完全密封關(guān)閉時(shí)，制動(dòng)液已經(jīng)不能從通道和閥口流入第一腔和第二腔，第一腔和第二腔開始建立壓力的，并隨著作用力和行程的增加而壓力漸漸加大。

圖12 閥口關(guān)閉示意圖

保壓：當(dāng)作用力和行程達(dá)到某一特定的值時(shí)，作用力和行程不再增加的情況下，壓力保持一個(gè)相對(duì)的穩(wěn)定值。

減壓：當(dāng)作用力和行程漸漸減小時(shí)，第一活塞和第二活塞是往后運(yùn)動(dòng)的，而且此時(shí)第一腔的閥口C和第二腔的閥口D繼續(xù)保持完全密封關(guān)閉狀態(tài)，第一腔和第二腔的壓力開始慢慢減小，直到壓力為零。

空行程：當(dāng)壓力降為零時(shí)，此時(shí)第一腔的閥口C和第二腔的閥口D未達(dá)到完全密封關(guān)閉，第一活塞和第二活塞仍然往后運(yùn)動(dòng)著。

回到原位：當(dāng)作用力完全消失時(shí)，第一活塞和第二活塞回到原來位置。

3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)柱塞式制動(dòng)主缸的優(yōu)點(diǎn)

（1）制動(dòng)主缸總長度較短，占用整車空間位置少，總長度縮短了約20%（如某一款柱塞式制動(dòng)主缸總長度為110 mm左右，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)后制動(dòng)主缸總長度可縮短為90 mm左右）；

（2）主缸缸體總長度減少，節(jié)省材料同時(shí)降低成本，總長度減少約20%，制動(dòng)主缸缸徑越大節(jié)省的材料越多，成本也就越低；

（3）第一活塞和第二活塞總長度都減少，節(jié)省材料同時(shí)減低成本，機(jī)加工難度小且成本低，第一活塞和第二活塞總長度分別減少10 mm左右，活塞外徑越大節(jié)省的材料越多，成本也就越低，第一活塞和第二活塞都取消了圓周方向總共16個(gè)Φ1 mm左右活塞孔的機(jī)加工，機(jī)加工難度小且成本低；

（4）制動(dòng)主缸減少了第一彈簧座螺釘、第二彈簧座螺釘、第一彈簧座Ⅱ型和第二彈簧座Ⅱ型總共四個(gè)零件，節(jié)省材料同時(shí)降低成本，通過對(duì)第一活塞和第二活塞進(jìn)行優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在不增加材料成本的情況下解決與第一彈簧座Ⅰ型和第二彈簧座Ⅰ型的裝配問題；

（5）裝配零件較少，減少物流管理成本，同時(shí)減少制動(dòng)主缸裝配工序及工位；

（6）結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的柱塞式制動(dòng)主缸在保證產(chǎn)品質(zhì)量的情況下，突破常規(guī)設(shè)計(jì)思維，立足行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展方向，在行業(yè)中有較高的參考價(jià)值。

4 結(jié)束語

通過上述詳細(xì)對(duì)比分析可知，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的柱塞式制動(dòng)主缸完全能滿足制動(dòng)系統(tǒng)安全性的要求，同時(shí)具有傳統(tǒng)柱塞式制動(dòng)主缸無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，簡潔實(shí)用長度短，裝配零件少，成本低，工藝難度低，隨著汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，整車對(duì)空間布置要求更緊湊，對(duì)成本要求更低，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的柱塞式制動(dòng)主缸會(huì)更具市場(chǎng)競(jìng)爭力，會(huì)更廣泛地被推廣應(yīng)用。