自動變速器液壓控制模塊密封性仿真分析

劉彥甫，趙芳，史銘，冉昭

（長城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北保定071000）

自動變速器液壓控制模塊密封性仿真分析

劉彥甫，趙芳，史銘，冉昭

（長城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北保定071000）

對自動變速器液壓控制模塊的密封性進行仿真研究。詳細介紹了自動變速器液壓控制模塊密封性的仿真分析方法和判定方法。根據(jù)液壓控制模塊在具體工作擋位下的工作油路，考慮油壓作用，分析結(jié)合面壓力及閥芯安裝孔的變形量，綜合判定液壓控制模塊的密封性。

自動變速器；液壓控制模塊；密封性；仿真分析

0 引言

液壓控制系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性，在自動變速器尤其是AT、DCT中，得到廣泛的應(yīng)用。液壓控制模塊，是自動變速器中液壓控制系統(tǒng)的機械總成，簡稱HCM，由上閥體、下閥體、閥板和各種控制閥及油路所組成，也稱為閥體總成，如圖1所示。

液壓控制模塊作為自動變速器液壓系統(tǒng)的重要組成部件，在系統(tǒng)中起到極其重要的作用。然而，液壓系統(tǒng)需要保持良好的密封性，避免或降低油液泄漏，這就意味著，除了為液壓控制模塊合理地布置油路、考慮零件強度外，還需要考慮其密封性能。隨著計算機技術(shù)的高速發(fā)展，CAE仿真分析也越來越多地應(yīng)用于產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)過程。文中以某4AT液壓控制模塊為分析對象，從密封性分析的目的出發(fā)，結(jié)合各擋位條件下的工作油路，創(chuàng)建有限元分析模型，分析其結(jié)合面壓力和閥芯安裝孔變形量，綜合判定其密封性。

1 分析方法

同其他CAE分析相同，液壓控制模塊的密封性分析的輸入條件，也需要零件的材料參數(shù)、三維數(shù)模、工況載荷等條件。但液壓控制模塊的密封性分析還需要液壓控制模塊各擋位的油路分布或液壓原理圖，以便分析液壓模塊在具體擋位條件下的密封性能。

1.1 創(chuàng)建有限元建模

由于液壓控制模塊比較復(fù)雜，為提高分析效率，需要在建模軟件中對分析模型進行簡化。一般在分析模型中，去除電磁閥、閥芯、傳感器等零件；同時，對液壓控制模塊進行幾何清理，去除細小的面，但需要確保幾何能夠完整地表達液壓控制模塊各零部件的幾何特征。幾何清理工作完成后，在前處理軟件中進行網(wǎng)格劃分，并進行網(wǎng)格檢查，確保高質(zhì)量的有限元模型，如圖2所示。

1.2 設(shè)置材料參數(shù)及邊界條件

液壓控制模塊的材料為鋁合金ADC12，彈性模量69 GPa，泊松比0.33，抗拉強度310 MPa，屈服強度150 MPa。對液壓控制模塊進行材料屬性設(shè)置，并根據(jù)液壓控制模塊在自動變速器總成中的裝配關(guān)系，在液壓控制模塊與自動變速器殼體的連接位置施加固定約束，限制其自由度，并依據(jù)實際的接觸形式在接觸位置進行相應(yīng)的設(shè)置。

1.3 工況加載

根據(jù)液壓模塊油路分布圖或液壓原理圖，確認(rèn)各擋位的工作油路，如圖3所示。然后，按如下步驟進行工況加載：

（1） 在所有連接螺栓上，施加螺栓預(yù)緊力，大小為7 000 N；

（2）根據(jù)擋位進行分析步設(shè)置，一般一個擋位設(shè)置一個分析步；

（3）分別在各擋位工作油路上施加油壓。此處應(yīng)該注意的是：需要在閥板上施加對應(yīng)的油壓。具體加載參數(shù)見表1。

表1 工況加載表

1.4 求解運算

加載完成后，依次檢查模型材料參數(shù)設(shè)置、接觸設(shè)置、邊界條件設(shè)置、分析步及對應(yīng)的載荷，確認(rèn)無誤后，提交至求解器進行求解運算。

2 結(jié)果分析

在變速器殼體、油底殼等采用平面密封方式的密封性分析中，通常采用開口度作為評價指標(biāo)。但由于液壓控制模塊遍布大量的油路，對液壓控制模塊而言，開口度并不能有效反映結(jié)合面的密封性能。

因此，采用結(jié)合面壓力對液壓控制模塊的結(jié)合面密封性能進行評價。同時，考慮到閥芯安裝孔的變形會增加泄漏，降低液壓控制模塊的性能，將閥芯安裝孔的變形量也作為液壓控制模塊密封性的評價指標(biāo)。

2.1 結(jié)合面壓力

結(jié)合分析擋位的工作油路，分析不同擋位條件下上閥體、下閥體上的結(jié)合面壓力分布，如圖4所示，并確認(rèn)相鄰兩條工作油路間的壁面上的結(jié)合面壓力是否不小于1 MPa。

2.2 閥芯安裝孔變形量

依次分析各工況條件下閥芯安裝孔的變形量，如圖5所示，確認(rèn)其是否不大于0.02mm。

當(dāng)所有工況下，結(jié)合面壓力和閥芯安裝孔變形量均滿足要求時，判定液壓控制模塊密封性合格。由于液壓控制模塊的復(fù)雜性和不同產(chǎn)品間的差異，在評價指標(biāo)的確定時需要注意：（1）由于油路布置的緊密程度和工作油壓的大小會影響液壓控制模塊的密封性能，因此結(jié)合面壓力的確定需要結(jié)合液壓控制模塊的設(shè)計與性能要求綜合考慮來確定，一般為0.5～1 MPa。

（2）由于電磁閥的控制精度不同，不同產(chǎn)品閥芯安裝孔與電磁閥的配合公差不同，閥芯安裝孔變形量的確定同樣需要綜合考慮來確定，一般在0.01～0.02 mm之間。

3 結(jié)論

通過對液壓控制模塊進行密封性分析，找到可能發(fā)生泄漏的風(fēng)險位置，進行設(shè)計調(diào)整，并再次進行分析，已達到設(shè)計要求，確保液壓控制模塊的密封性，規(guī)避泄漏風(fēng)險，提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量，降低試驗成本，縮短開發(fā)周期。因此，液壓控制模塊的密封性分析在液壓控制模塊的設(shè)計開發(fā)中也具有極其重要的作用。

【1】石亦平，周玉蓉.ABAQUS有限元分析實例詳解［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2006.

【2】付永華.有限元分析基礎(chǔ)［M］.武漢：武漢大學(xué)出版社，2003.

【3】浦廣益.ANSYSWorkbench 12基礎(chǔ)教程與實例詳解［M］.北京：中國水利水電出版社，2010.

【4】劉偉，高維成，于廣濱.ANSYS 12.0寶典［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2010.

Sealing Simulation Analysis for Hydraulic Control Module in Automatic Transm ission

LIU Yanfu，ZHAO Fang，SHIMing，RAN Zhao
（Technical Center，GreatWall Motor Company Limited；Automotive Engineering Technical Center of Hebei，Baoding Hebei 071000，China）

Sealing simulation analysis for hydraulic controlmodule in automatic transmission wasmade.The simulation analysismethod and evaluatingmethod for automatic transmission hydraulic controlmodule sealing were introduced.According to the working oil channel of the hydraulic controlmodule under realworking shifts，considering the oil pressure，contactsurface pressure and spool valvemounting hole deform?ation were analyzed to comprehensively judge the sealing of the hydraulic controlmodule.

Automatic transmission；Hydraulic controlmodule；Sealing；Simulation analysis

2015－04－11

劉彥甫 （1987—），男，學(xué)士，現(xiàn)主要從事CAE仿真分析與試驗驗證。E?mail：bsqat＠gwm.cn。