基于整車應(yīng)用的變速箱吸濾器吸油口位置分析

王璐

摘要：如何有效防止吸濾器吸入空氣，需要一個合適的吸濾器吸油口的位置。這個位置，從整車應(yīng)用的角度來說，在各個工況下都能吸入油液，且僅能吸入油液，即要求在整車各個工況下，吸油口均淹沒在油液面以下。根據(jù)這個原則，通過仿真和試驗的手段，即可確認(rèn)最優(yōu)的吸油口位置。吸濾器吸油口的位置十分重要，它的合適與否直接影響到液壓系統(tǒng)的功能。一個錯誤的吸油口位置，很有可能導(dǎo)致整個變速箱功能的失效。本文基于整車應(yīng)用的工況，闡述了如何確認(rèn)吸濾器吸油口位置，總結(jié)了相關(guān)仿真和試驗的方法，對吸濾器設(shè)計及應(yīng)用的研究具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：整車應(yīng)用;變速箱吸濾器吸;油口位置

自動變速箱中吸油過濾器吸油口處無法吸入足夠的油液，將導(dǎo)致液壓系統(tǒng)的主油路壓力發(fā)生較大的波動，無法提供的足夠壓力來滿足檔位的切換以及離合器的接合/釋放等。正確的吸油口位置需要保證變速箱在油液面發(fā)生變化（上下坡、左右轉(zhuǎn)彎、急加速、急減速等工況）時，吸油口均位于油液面以下，能夠為液壓系統(tǒng)提供足夠的油液，防止壓力不足引起的功能失效，如動力不足、動力中斷等。

1吸油口位置的靜態(tài)仿真分析

1.1概述及原理

吸油口靜態(tài)仿真分析，是模擬變速箱油液在整車極限工況下的姿態(tài)和分布，通過組合各極限工況下的油液分布，找出公共的油液區(qū)域。這個公共的油液區(qū)域，即為吸油口的正確位置。

1.2方法及步驟

1.2.1輸入條件確認(rèn)

靜態(tài)仿真的第一步，需要確認(rèn)仿真的輸入條件，這個輸入條件包括兩方面：

（1）整機(jī)主要零部件的數(shù)模：

包括殼體、液壓模塊、離合器、差速器、吸濾器、油泵以及處在變速箱中下位置的齒軸總成等數(shù)模。

（2）整車的水平姿態(tài)及極限工況：

整車的水平姿態(tài)是指變速箱在整車水平狀態(tài)下的姿態(tài);整車的極限工況是指整車在加速、減速、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎的極限加速度。

1.2.2建立分析模型

靜態(tài)仿真分析采用了CATIA軟件中的創(chuàng)成式外形設(shè)計，主要通過各種曲面的操作進(jìn)行分析。

（1）提取曲面

在CATIA中打開殼體、液壓模塊、離合器、差速器、吸濾器、油泵以及處在變速箱中下位置的齒軸總成等數(shù)模，提取各零部件的表面（殼體提取內(nèi)輪廓表面）。

（2）曲面結(jié)合

將各個零部件的曲面，按照裝配關(guān)系，結(jié)合形成一個整體閉合曲面模型，

（3）曲面切除及建立分析模型

根據(jù)分析需要，切除閉合曲面中多余的部分，再將切除后的閉合曲面進(jìn)行包絡(luò)，形成包絡(luò)實體，這個包絡(luò)體便是分析所需的分析模型。

1.2.3分析油量及整箱油量的確認(rèn)

（1）分析油量的確認(rèn)

分析油量是指會隨著整車運(yùn)動狀態(tài)而發(fā)生變化的這部分油液，通常是在主殼體內(nèi)，由齒軸件的潤滑需求確認(rèn)。根據(jù)《液壓設(shè)計手冊》要求，齒輪飛濺潤滑齒輪浸油高度最好保持在1/3—3倍齒高（最大齒輪齒高），據(jù)此可以確定整車水平姿態(tài)下的油液面高度，已此油液面切割分析模型，留取下半部分，這部分即為分析所用的油液，測量其體積可得出具體油量V1，如下所示：

（2）整箱油量的確認(rèn)

分析所用的油量僅僅是整箱油量的一部分，還有一部分油液始終填滿腔體，不隨整車運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生變化，測量出這部分填充油量V2，與分析油量V1相加，即為整箱所需的總油量V，即V=V1+V2;

1.2.4各工況油液分布靜態(tài)分析

（1）工況轉(zhuǎn)化

將分析輸入中的各個整車工況，轉(zhuǎn)化為軟件分析中可以使用的參數(shù)。在這里是將加減速、左右轉(zhuǎn)彎的加速度轉(zhuǎn)化為油液面的傾角，轉(zhuǎn)化的原理是一個簡單的物理模型。

（2）各工況的分析

各工況的分析方法大同小異，這里以急減速工況為例進(jìn)行分析。假設(shè)急減速的加速度為a，根據(jù)公示轉(zhuǎn)化出的角度為α。首先在變速箱中確認(rèn)整車姿態(tài)的水平面，然后在水平面基礎(chǔ)上進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)角度為α，再利用翻轉(zhuǎn)后的平面切割分析模型，留取模型的下半部分。通過調(diào)整切割平面的位置，使切割后的模型體積等于分析油量V1，此時所顯示的狀態(tài)即為急減速工況的油液分布狀態(tài)。其余工況的分析方法相同，參照此方法繼續(xù)分析急加速、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎的油液分布狀態(tài)。

1.2.5吸油口位置確認(rèn)

組合各工況下的油液分布狀態(tài)，會得到一個油液的公共區(qū)域，這個就是靜態(tài)仿真分析的結(jié)果，即吸油口所處的位置，

2吸油口位置的動態(tài)仿真分析

2.1概述及原理

吸油口動態(tài)仿真分析，是模擬變速箱油液在整車運(yùn)動過程中的動態(tài)變化，通過模擬整車的各個極限運(yùn)動工況，找出油液始終存在的區(qū)域，這個區(qū)域即為吸油口的正確位置。

2.2方法及步驟

2.2.1輸入條件確認(rèn)

動態(tài)仿真更進(jìn)一步模擬實際工況，需要更多的輸入?yún)?shù)，主要包括以下幾方面：

（1）整機(jī)及所有零部件的數(shù)模;

（2）整車的水平姿態(tài)及極限工況：

整車的水平姿態(tài)是指變速箱在整車水平狀態(tài)下的姿態(tài);整車的極限工況是指整車在加速、減速、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎的運(yùn)動參數(shù)曲線（v-t曲線）;

（3）變速箱油液的參數(shù)：包括粘度、密度、體積。

2.2.2建立分析模型

動態(tài)仿真分析采用了專用的PreonLab軟件，是一種高效快捷的CFD仿真軟件。分析模型的建立有如下幾個步驟：

（1）導(dǎo)入幾何模型：

可直接導(dǎo)入stl格式的幾何數(shù)模，修改軟件相關(guān)參數(shù)，即可在PreonLab中生成分析所用的幾何模型。

（2）定義運(yùn)動規(guī)律：

主要定義內(nèi)部旋轉(zhuǎn)件的旋轉(zhuǎn)方向以及轉(zhuǎn)速，以及整箱的運(yùn)動曲線。

（3）設(shè)置求解器參數(shù)

包括設(shè)置變速箱油液的參數(shù)、運(yùn)動邊界的參數(shù)等等。

2.2.3動態(tài)分析及吸油口位置確認(rèn)

根據(jù)已建立的分析模型進(jìn)行CFD仿真計算，得出動態(tài)的油液分布狀態(tài)，這個就是動態(tài)仿真分析的結(jié)果，如下所示：從動態(tài)過程中，截取其中極限狀態(tài)的油液分布情況，綜合所有極限工況，得出一個始終充滿油液的區(qū)域，這個區(qū)域就是吸濾器吸油口的正確位置。

3試驗驗證

完成吸油口位置設(shè)計后，通過整箱臺架及整車道路試驗進(jìn)行進(jìn)一步設(shè)計驗證。

3.1整箱臺架試驗

利用傾斜翻轉(zhuǎn)臺架，將整箱前、后、左、右翻轉(zhuǎn)不同角度，實現(xiàn)油位的傾斜狀態(tài)，控制臺架電機(jī)輸入轉(zhuǎn)速，對不同溫度、轉(zhuǎn)速以及傾斜角度下的系統(tǒng)主油路壓力進(jìn)行采集監(jiān)測。對各工況下采集到的主油路壓力進(jìn)行分析，若主油路壓力波動均在滿足系統(tǒng)要求的波動范圍內(nèi)，即表示各傾斜工況均能夠吸入足夠的油液用于建立系統(tǒng)壓力，否則表示吸入空氣。

3.2整車道路試驗

吸油口位置的整車驗證，整車的驗證直接在整車的狀態(tài)下，進(jìn)行加速、減速、左右轉(zhuǎn)彎工況的驗證。與臺架試驗相似，同樣以液壓系統(tǒng)主壓力的表現(xiàn)來判斷吸濾器是否發(fā)生了吸空。在這個階段，考察的已不僅僅是吸濾器吸油口的位置，同樣還有整機(jī)的加油量，軟件的策略，整車的駕駛體驗等等。

為了保證整車形式過程中，在各種極限工況下均不會產(chǎn)生吸入空氣的現(xiàn)象，整車道路試驗按照以下工況進(jìn)行：試驗過程中采集包括車速，油門開度，剎車開度，整車溫度以及整車加速度等信號，在加減速過程中盡可能快，使整車達(dá)到較大加速度，即保證油液變化幅度盡可能大。對各工況下的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷速度突變即油液面發(fā)生劇烈變化過程中，液壓系統(tǒng)主油路壓力波動量是否在正常波動范圍內(nèi)，超出正常范圍即表示吸入空氣導(dǎo)致無法提供足夠油液建立系統(tǒng)壓力。

4總結(jié)

在吸濾器吸油口位置分析確認(rèn)的過程中，這些基于整車應(yīng)用工況的仿真和試驗方法其實是相輔相成的。在設(shè)計初期，可以利用靜態(tài)仿真提供吸油口位置的設(shè)計輸入;在設(shè)計后期，可以通過動態(tài)仿真驗證吸油口的位置是否合理;在設(shè)計試驗驗證階段，可以通過臺架試驗確認(rèn)吸油口位置;最后直接在整車環(huán)境中驗證吸油口位置是否滿足使用要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]李成.CATIAV5從入門到精通.人民郵電出版社.

[2]詹熙達(dá).CATIAV5R20曲面設(shè)計實例精解.機(jī)械工業(yè)出版社.

（作者單位：阜新德爾汽車部件股份有限公司）