汽车真空助力泵设计

ｍｉｎ 之间。
所设计的车辆用真空泵与普通真空泵有很大差别 ， 车辆用 真空泵额定转速 为 ４０００ｒ／ｍｉｎ ， 最 高 转 速 为 ８０００ｒ／ｍｉｎ ， 怠 速 时 只 有 ２０００ｒ／ｍｉｎ ， 这 就 应 该 采 用 比 重 较 小 的 耐 磨 的 叶 片 材 料 ， 增 强 冷却 ， 改进泵油性能 ； 同 时 增 加 叶 片 的 个 数 以 提 高 抽 速 ， 保 证 汽 车怠速时也能有效制动。
２ 真空泵工作原理
叶片泵由偏心地装在定子腔内的转子、转子槽内的叶片和 外壳定子组成。转子带动叶片旋转时 ， 叶片借离心力 （ 有的还有 弹簧力） 紧贴定子内 壁 ， 把 进 排 气 口 分 割 开 来 ， 并 使 进 气 腔 容 器 周期性扩大而吸气 ， 排气腔容积则周期性地缩小而压缩气体 ， 借 气体的压力推开排气阀排气 ， 获得真空 ， 如图 ２ 所示。 叶片式真空泵结构较简单 ， 使用方便 ， 能从大气压力下起动 ， 可直接排入大气 ， 偏心质量较小 ， 维护简便 ［２］。 设计的真空泵与发 电机直接连接做成直联叶片真 空 泵 ， 该 机 有 效 利 用 了 发 电 机 的 传动装置和安装装置， 节省了
第４期
机械设计与制造
２００８ 年 ４ 月
文章编号 ： １００１－ ３９９７ （ ２００８） ０４－ ０００１－ ０２
Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ ＆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ
－ １－
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汽车真空助力泵设计＊
史立伟 １
１
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设 计 （ 与 计 算
张学义 １
２
陈金戈 ２ 辽宁省机械研究院有限公司 ， 沈阳 １１００３２）
头部的最大线速度 ， 与 泵 温 、 磨损有关， 影响加工工艺性外形尺 寸和重量以及外形的美观。 通用化 ａ 值还受进气口结构的限制。 规格选择不当， 会使泵温度较高， 外形尺寸大， 重量大， 一般取
Ｗｍａｘ ＝Ｐ２ Ｓｔｈ ｋ
３ × １０－（ ｗ）
式中 ： Ｐ２ —排气压力 ； Ｐａ ； ｋ —多变指数 ， 取 ｋ＝１．３ 。
３．１．３ 叶片数目 Ｚ 的选择
普通真空泵一般叶片数为 ２ 。因为片数多 ， 加工复杂 ， 成本 高。 通过旋片泵几何抽速的计算可知 ， 当泵的转速达到较高的数 值时 ， 再增加旋片可以在不加大转子偏心距 ， 又不增加最大线速 度的情况下提高 抽 速 。 车 辆 用 真 空 泵 为 增 加 怠 速 时 的 抽 速 ， 取
山东理工大学 交通与车辆工程学院 ， 淄博 ２００５９１）（
Ｄｅ ｓ ｉｇｎ ｏｆ ｖａ ｃｕｕｍ ｐｕｍｐ ｏｎ ａ ｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｐｏｗｅ ｒ ａ ｓ ｓ ｉｓ ｔｅ ｄ ｂｒａ ｋｉｎｇ ｓ ｙｓ ｔｅ ｍ
ＳＨＩ Ｌｉ－ ｗｅｉ １， ＺＨＡＮＧ Ｘｕｅ－ ｙｉ １， ＣＨＥＮ Ｊｉｎ－ ｇｅ ２ （ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｚｉｂｏ ２００５９１， Ｃｈｉｎａ） （ ２ Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｒｅａｓｅａｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｏ．Ｌｔｄ．， Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１００３２， Ｃｈｉｎａ）
中图分类号 ： ＴＨ１２，Ｕ４６１．３
文献标识码 ： Ａ
定的真空度作为制动加力的力源。
为了提高汽车制动性能 ， 改善驾驶员的劳动条件 ， 中小型汽 车上多装有真空助力装置。真空泵就是为汽车真空助力系统提 供真空负压的装置。目前国内车辆用真空泵只是参照国外样品 设计 ， 关于真空泵的 研 究 大 都 局 限 于 抽 水 泵 、 罗茨真空泵、 涡轮 分子泵。 这些真空泵额定转速低、 体积大、 叶片少、 单位体积抽速 小 ， 其研究成果不能 直 接 用 于 转 速 高 、 体积小、 使用较多叶片的 车辆用真空泵。 目前国内并未形成一种有效的算法 ， 来指导车辆 用真空泵的设计生产。这里介绍了真空助力系统和真空泵的工 作原理 ， 提出了一套能指导车辆用真空泵设计生产的设计计算 方法。
３．２．３ 叶片尺寸的确定
（ １） 叶片高度 ｈ 的计算
ｈｍａｘ ＝ !Ｒ２－ ｅ２ ， ｈ＜ｈｍａｘ 才能避免叶片在槽内相碰。叶片的最
大伸长 ｈ１＝Ｄ－ ｄ＝２ｅ 。 为保证叶片在 槽 内 自 由 滑 动 ， 可 靠 工 作 ， 密 封 良 好 ， 推 荐 取 叶片槽内最小长度 ｈ２≥ｈ１， ｈ２ 最小应不小于 ０．４ｈ 。
１．前轮制动器 ６．真空筒 ２．制动总泵 ７．真空增压器 ３．制动踏板 ８．压力表 ４．真空泵 ５．单向阀 ９．后轮制动器
Ｆｉｇ．２ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｖａｃｕｕｍ ｐｕｍｐ
１．泵盖 ５．单向阀 ２．泵体 ３．叶片 ４．转子 ６．进气口 ８．排气口 ７．润滑油口
真空泵作为助力制动系统的真空源由发电机轴带动 ， 当它 工作时 ， 所产生的真空度经由单向阀传给真空筒 ， 使筒内产生一
Ｚ＝４ ， 这样多个叶片可共同工作 ， 也可使真空泵性能更加稳定。
３．１．４ 确定直径比 ｂ
ｂ＝ｄ／Ｄ， ｄ 为转子直径 ， Ｄ 是泵腔直径 ， 抽速一定 ， ｂ 小则泵的
定子尺寸小 ， 偏心距 ｅ 大 ， 泵运转时旋片最大伸出长度与留在槽 内的长度之比大 ， 旋 片 受 力 大 ， 容 易 磨 损 或 发 生・ （ ｍｍ） Ｌ１＝ａ Ｄ （ Ｄ－ ｄ） ／２＝４．５ （ ｍｍ） ｅ" 设计 Ｄ＝５８ ， ｄ＝４９ ， Ｌ１＝２８ ， ｅ＝４ｍｍ。
３１￣３５ ３ 何璧生 ． 旋片式真空泵 ［Ｊ］． 真空 ， ２００２（１）： ２６￣３２
５ ４ ３ ２ １ ６ ７ ８
１ 真空助力制动系统工作原理
真空助力制动系统制动原理图 ， 如图 １ 所示 。
［１］
空间和成本。
１ 1
２ 2
３ 3 ４ 4 ５ 5
６ 6
７ 7
８ 8
９ 9
３ 真空泵设计与计算
３．１ 真空泵的主要参数
在结构设计总体方案确 定后， 需进行主要参数和尺寸 的设计计算。关于真空泵主要 参数和尺寸的设计计算， 可以 根据经验和公式选取不同参
ａ＝０．５～ １．５ ， 对于大泵取大值 ， 小泵取小值。
设计取 Ｌ１＝２８ ， ａ＝０．４６７ 。
３．１．６ 选取或计算容积利用系数 Ｋｖ
通常可通过合理的布置进气口和加进气导流槽来获得最大 吸气容积和最大容积利用系数。设计 Ｋｖ＝１．４２６
３．２ 确定主要尺寸 ３．２．１ 计算 Ｄ， ｄ， Ｌ１， ｅ
４ 结论
（ １） 在 设 计 中 把 真 空 泵 与 发 电 机 直 接 连 接 做 成 直 联 叶 片 真 空泵 ， 该机有效利用了发电机的传动装置和安装装置 ， 节省了空 间和成本。 （ ２） 通过分析真空助力系统和真空泵的工作原理 ， 提出了一 套能指导车辆用真空泵设计生产的设计计算方法。 （ ３） 设计了由泵盖、 泵体、 转子、 叶片、 进气口、 单向阀、 排气 口和润滑油口组成的叶片式真空泵。该真空泵在额定转速下运 行 ５ｍｉｎ 后 ， 用真空表检查真空筒的真空度为 ３５．７ｋＰａ ， 满足了使 用要求。
ｈ＝ｈ１＋ｈ２
本设计 ， 取 ｈ＝１５ｍｍ。 （ ２） 旋片厚度 Ｂ 的选取 旋片厚度应考 虑 材 质 、 强度、 比重、 旋片和转子旋片槽的工 艺性。旋片一般应采用非金属材料。设计 Ｂ 取 ５ｍｍ。 （ ３） 进气口直径的选取 管道直径对泵的抽气效率有影响 ， 入口压力越低 ， 影响越 大 ， 一般情况下 ， 可按标准选取。 出于通用化设计的考虑 ， 在实际 应用中也有不同于标准的入口连接和进气口径。 （ ４） 排气口尺寸的确定 泵的最大排气速度 ｖ 过大 ， 对防止喷油不利 ， 还会降低高入 口压力时的抽气速率。过小则排气口总面积大 ， 结构尺寸较大 ， 推荐取 ｖ＝ （ ２０～ ３０） ｍ／ｓ。
Ｄ 为泵腔直径 ， ｄ 为转子直径 ， Ｌ１ 为高级缸长 ， ｅ 为偏心距。 Ｄ＝
! !ｚｎＫ ａ（ １－ ｂ ） （ ｍｍ）
Ｖ ２
３
２４× １０ Ｓｔｈ
７
参考文献
１ 傅维舟 ， 戴成武 ． 真空增压制动系统的发展与应用 ［Ｊ］． 陕西汽车 ， １９９６
（ ４） ： ４１￣４５ （ ５） ： ２ 何璧生 ． 旋片式真空泵的结构原理和设计计算 ［Ｊ］． 通用机械 ， ２００３
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【 摘 要】设计了由泵盖、 泵体 （ 泵定子） 、 转子、 叶片、 进气口、 单向阀、 排气口和润滑油口组成的叶片 式真空泵 ， 并以此为基础提出了一套能指导汽车用真空泵设计的计算方法。真空泵通过螺栓固定在发电机 的后端盖上 ， 这种直联式结构实现了真空泵与发电机的集成 ， 减小了占用汽车内部的空间 ， 降低了成本。 关键词 ： 真空泵 ； 助力制动 ； 叶片 ； 汽车 【 Ａｂｓｔｒ ａｃｔ】 Ａ ｓｌｉｄｉｎｇ ｖａｎｅ ｖａｃｕｕｍ ｐｕｍｐ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｍａｄｅ ｕｐ ｏｆ ｖａｃｕｕｍ ｓｔａｔｏｒ， ｒｏｔｏｒ， ａｎｄ ｓｌｉｄｉｎｇ ｖａｎｅ ｉｓ ｄｅ－
３．２．２ 叶片圆头最大线速度 Ｖｍａｘ 验算
・ ｎｍａｘ （ Ｒ＋ｅ） １０－（ ３ Ｖｍａｘ ＝ ! ｍ／ｓ） ３０ 式中 ： Ｒ —泵腔半径 （ ｍｍ） ； ｅ —偏心距 （ ｍｍ） ； ｎｍａｘ —真空泵即发电 机最高转速 （ ｒ／ｍｉｎ） 。 此值过高 ， 一般泵的温度也会过高 ， 会影响叶片的使用寿命 ， 并可能导致机油的泄漏。在这里 Ｖｍａｘ ＝１５．５８ｍ／ｓ。
＊ 来稿日期 ： ２００７－ ０９－ ０７