上官文斌
华南理工大学，宁波拓普集团股份有限公司
杨嘉威 林浩挺
华南理工大学
刘宏慈 蒋开洪
宁波拓普集团股份有限公司

【摘要】介绍了一种车用往复式真空泵的工作原理。基于泵体几何参数、电机工作参数、进排气单向阀的压力损失与干摩擦损失和环境因素的影响，建立了往复式真空泵性能计算模型，并给出了往复式真空泵的真空度、达到指定压力所需时间和功耗的计算方法。计算并实测了某款往复式真空泵的性能，其计算值和实测值吻合较好，表明所建立的往复式真空泵性能计算模型精度较高。

关键词：往复式真空泵 计算模型 真空度 功率消耗

1 引言

车用真空泵的主要类型有叶片式、膜片式以及往复式。我国车用真空泵以叶片式真空泵为主，但其可靠性及耐久性较差、价格昂贵，因而使用受到限制。相对于叶片式和膜片式真空泵，往复式真空泵综合性能良好且振动噪声性能优越。

目前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、单位体积抽速小，其研究成果不能直接用于转速高、体积小的车用真空泵。本文介绍了往复式真空泵的结构和工作原理，给出了车用真空泵的评价标准，建立了一套往复式真空泵制动性能的计算分析方法。实测了某款往复式真空泵的性能，对比分析了真空泵性能的计算结果和测试结果。

2 往复式真空泵结构及其工作原理

往复式真空泵的结构如图1所示，其是由两组平行对置安装的活塞-气缸-进排气单向阀组件构成的具有进排气功能的部件。其中，排气单向阀安装在活塞顶端，进气单向阀与排气单向阀之间的空腔构成了气缸；两边的活塞由一个曲柄双连杆机构带动，其动力来源于电机；排气口与大气相连通，抽气口与真空助力器伺服气室相连通。此外，还有气体消声器、机座、密封套等辅助部件。

往复式真空泵的工作过程可分为抽气过程和排气过程。如图1所示，电机带动曲柄双连杆机构运转，左、右活塞做往复运动。当活塞由左向右运动时，左边气缸的体积将不断增大，气缸内气压不断减小：当左边气缸内气压小于抽气口处气压时，进气单向

由此可见，在偏心驱动轴运动一圈的过程中，左、右两边的活塞-气缸-进排气单向阀组件运动形式相同，方向正好相反。因此，偏心驱动轴转动一圈，真空泵完成两次抽、排气过程。在电机带动下，真空泵连续工作，直到真空助力器伺服气室内最终达到某一稳定的平衡压力。

3 往复式真空泵性能计算分析

从车用制动助力性能和能耗的角度出发，本文使用3个指标来评价真空泵性能，即极限真空度、达到指定真空度所需时间和功耗。

3.1 理论模型的假设

往复式真空泵的工作过程相当复杂，在建立往复式真空泵计算模型时，进行如下假设：

a. 常温下真空泵中工作气体是稀薄气体，可近似简化为理想气体；气体压缩过程指数和膨胀过程指数假设为定值，且均等于绝热指数。

b. 真空泵工作循环过程中，吸气压力与实际排气压力均假设为定值。

c. 真空泵吸气和排气过程中，气体温度恒定。

d. 由于电机转速很高，活塞副部分的摩擦功耗采用平均功耗计算。真空泵工作受到泄漏、温度变化、容积效应等因素的影响都反映在抽气速率这个性能参数上，即通过乘以修正系数来表示这些因素对真空泵性能的影响。

3.2 极限真空度的计算

由于往复式真空泵左、右两边活塞副的运动形式一致，因此取一边的活塞副作为研究对象。当气缸处于抽气过程时，进气单向阀被打开；随着气体不

由图5可以看出，测试曲线与计算曲线较为吻合，真空度为0.5时，计算时间为4.4726s，测试时间为4.641s，相对误差为3.629%；真空度为0.7时，计算时间为8.6076s，测试时间为8.9452s，相对误差为3.009%；真空度为0.8时，计算时间为13.3333s，测试时间为14.6835s，相对误差为9.195%。可以看出，达到指定真空度所需的时间计算值和测试值相近。

4.3 真空泵功耗的对比分析

根据真空泵功耗计算公式，取机械效率为70%，电机效率为80%，修正系数为1.05，计算得到真空泵的功耗为150.34W。对比该往复式真空泵匹配的电机功率为150W，相对误差为0.2%。因此，可以根据本文功耗的计算方法选择与真空泵所匹配的电机。

5 结束语

阐述了往复式真空泵的结构及其工作原理，并提出了真空泵的性能评价标准．对往复式真空泵的极限真空度、达到指定真空度所需的时间以及真空泵功耗3个性能指标进行了分析。通过试验验证可以看出，试验结果与计算结果误差范围基本在5%之内，由此证明该计算分析方法具有较高的计算精度，能为今后车用往复式真空泵进一步的设计计算提供理论依据。