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雙離合器變速器液壓閥體的有限元分析

發(fā)布于:2019-06-16 19:16

有限元分析

      由于液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性的優(yōu)點，在自動變速器特別是AT及DCT中廣泛采用液壓執(zhí)行機構(gòu)來實現(xiàn)自動變速控制執(zhí)行功能，而液壓閥體作為液壓系統(tǒng)的主要部件在整個控制系統(tǒng)中起到至為關(guān)鍵的載體作用。在液壓閥體開發(fā)過程中除了需根據(jù)液壓系統(tǒng)油路圖進(jìn)行油道及油口布置外，還需要對液壓閥體的強度進(jìn)行有限元分析，并據(jù)此對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，以在樣機試制及試驗之前便能達(dá)到閥體的功能及性能的要求。在現(xiàn)代設(shè)計中，有限元分析已成為必不可少的一環(huán)，能減少產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)周期、提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量，并可在一定程度上代替產(chǎn)品的測試試驗，我們以雙離合器自動變速器液壓閥體為分析對象，從其強度校核的目的出發(fā)，分別建立受到均勻油壓作用的上閥體和下閥體有限元模型，具體對各油道壁上的應(yīng)力集中進(jìn)行分析，并根據(jù)分析結(jié)果對閥體進(jìn)行優(yōu)化。
      采用六面體網(wǎng)格對液壓閥體的上閥體進(jìn)行網(wǎng)格劃分，圖所示為上閥體有限元模型。另外，為了模擬油道內(nèi)壁受到油壓的作用，對油道內(nèi)壁施加3.2 MPa極限均布載荷，此處對所有油道內(nèi)壁均加載以對極限狀態(tài)下的閥體強度進(jìn)行分析。上、下閥體均靠螺栓連接固定，此處對螺栓孔內(nèi)壁所有節(jié)點均施加約束以模擬閥體的固定。采用自適應(yīng)載荷步進(jìn)行計算，整個加載過程定義，定義加載曲線如圖所示，壓強大小由0時的0 MPa線性增加到1 s時刻的3.2 MPa。閥體材料為鋁合金2A11，其彈性模量E=70 GPa，泊松比為0.33，許用應(yīng)力為136.5 MPa。同理，采用六面體單元對下閥體進(jìn)行網(wǎng)格劃分，其邊界條件設(shè)置與上閥體相同，如圖所示為下閥體有限元模型。
      采用靜力分析求解器分別對液壓閥體的上、下閥體進(jìn)行計算分析，圖所示為上閥體應(yīng)力計算結(jié)果。根據(jù)其應(yīng)力分布云圖可知，上閥體較大應(yīng)力分布在油道孔分布較密的部位，且主要分布于螺栓孔附近，如圖所示，其最大應(yīng)力為85.7 MPa。下閥體應(yīng)力分布如圖所示，其較大應(yīng)力也分布于靠近油道的螺栓孔周圍，其最大應(yīng)力為83.9 MPa，小于2A11材料的抗拉強度。由以上分析可知，閥體在極限負(fù)載下其強度滿足要求，則在一般工況下閥體強度也滿足要求，為了減輕閥體質(zhì)量，滿足加工的工藝要求，對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。由于下閥體油道分布密集，可供布置工藝孔的部位很小，故基本保持其原樣。上閥體油道分布較少，故可在其上面布置工藝孔，減少閥體材料，同時保持其壁厚相等，如圖所示為上閥體某處工藝孔布置前后對照圖。    為了確保布置工藝孔后的閥體強度依然滿足使用要求，仍需按上節(jié)所述仿真方法對其進(jìn)行強度分析。輕量化后的上閥體計算結(jié)果如圖所示，從應(yīng)力云圖上可以看出工藝孔與油道之間的薄壁應(yīng)力較大，最大應(yīng)力為85.9 MPa，但仍小于抗拉強度，故工藝孔的布置對閥體強度幾乎沒有影響，即工藝設(shè)計后的閥體仍然滿足功能要求。
      通過對液壓閥體的強度分析，獲得其應(yīng)力分布及應(yīng)力集中點，根據(jù)應(yīng)力分布，進(jìn)行工藝設(shè)計，以達(dá)到批量加工工藝要求，及閥體的輕量化，然后對優(yōu)化后的液壓閥體再次進(jìn)行強度分析校核，其強度仍然滿足使用要求。由此可見，有限元分析方法在液壓閥體的開發(fā)工作中具有重要的意義。


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