史銘，冉昭，劉彥甫

（1.長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北 保定 071000；2.河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000）

CAE仿真在油泵齒輪滑動(dòng)支撐設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

史銘，冉昭，劉彥甫

（1.長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北 保定 071000；2.河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000）

本文對(duì)變速器油泵齒輪滑動(dòng)支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),通過(guò)CAE仿真分析，建立油泵齒輪模型，設(shè)置液壓力與輸入扭矩等邊界條件，可獲得準(zhǔn)確的齒輪支撐面受力值，結(jié)合油泵運(yùn)行條件，計(jì)算出準(zhǔn)確的PV值等評(píng)價(jià)參數(shù)，最終選定滑動(dòng)軸承類型。這種方法解決了油泵滑動(dòng)軸承選擇時(shí)輸入條件不易確定的問(wèn)題，提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，為油泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了新思路。

油泵；滑動(dòng)軸承；支撐力

CLC NO.: U463.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)03--

引言

到了更為準(zhǔn)確的支反力，提高了滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性。

油泵是自動(dòng)變速器實(shí)現(xiàn)其功能的重要組成部分，油泵性能的好壞將直接影響變速器性能乃至整車性能。油泵多由發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)速變化范圍廣（750rpm-6000rpm），在高速運(yùn)行時(shí)，對(duì)油泵齒輪的滑動(dòng)支撐面將面臨極大考驗(yàn)，因此對(duì)滑動(dòng)支撐面的摩擦特性分析就顯得格外重要。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法主要通過(guò)機(jī)械原理對(duì)軸承支反力進(jìn)行求解，分析摩擦特性。但油泵出口高壓側(cè)的液壓力對(duì)軸承支撐力影響考慮困難，得到的軸承支反力準(zhǔn)確度難以保證。本文利用CAE仿真分析方法，考慮了油泵出口高壓側(cè)液壓力對(duì)軸承支撐力的影響，得

1、設(shè)計(jì)參數(shù)和工況

本文以某自動(dòng)變速器外嚙合齒輪泵做為研究對(duì)象進(jìn)行滑動(dòng)支撐面分析。在滑動(dòng)配合面上設(shè)計(jì)供油結(jié)構(gòu)，及時(shí)補(bǔ)充潤(rùn)滑油，保證配合面的可靠性，齒輪軸采用鋼材，殼體采用鋁合金材料。齒輪泵的各項(xiàng)基本參數(shù)如表1所示，齒輪泵的幾何模型如圖1、圖2所示。

表1 齒輪泵基本參數(shù)

2、理論計(jì)算

油泵齒輪支撐面受力主要受到油泵輸入扭矩和出口高壓影響。采用傳統(tǒng)方法分析時(shí)，需要單獨(dú)計(jì)算輸入扭矩和出口的高壓影響，最終根據(jù)力的合成，得到支撐面的受力。

2.1 油泵輸入扭矩產(chǎn)生的支反力

油泵輸入扭矩與出口壓力關(guān)系為：

P：油泵出口壓力q0：油泵排量

ηm：油泵機(jī)械效率

得到輸入扭矩后，可以依據(jù)力學(xué)原理，對(duì)油泵模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，計(jì)算得出支撐面的受力：

輸入扭矩與齒面嚙合力關(guān)系為：

齒輪支撐面受力與齒面嚙合力關(guān)系為：

注：齒輪支撐點(diǎn)距離齒面嚙合中心對(duì)稱，支撐力平均分配

2.2 齒面高壓區(qū)產(chǎn)生的支反力

油泵出口高壓區(qū)對(duì)支撐面產(chǎn)生的支反力需要對(duì)模型進(jìn)行等效簡(jiǎn)化，計(jì)算得出支撐面受力。

2.3 最終支反力求解及軸承校核

依據(jù)力的合成原理，最終可計(jì)算得出齒輪支撐面的支撐力。得到支撐面受力后，則可以依據(jù)產(chǎn)品使用條件，對(duì)滑動(dòng)支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行校核，通過(guò)計(jì)算摩擦功率、PV值等參數(shù)，驗(yàn)證齒輪滑動(dòng)支撐位尺寸設(shè)計(jì)是否滿足使用要求。

3、CAE仿真分析

3.1 齒輪泵有限元模型的建立

將齒輪泵主要元件幾何數(shù)模導(dǎo)入到CAE軟件中，應(yīng)用軟件的網(wǎng)格劃分功能，生成四面體網(wǎng)格。在軸與殼體的滑動(dòng)配合處設(shè)置摩擦接觸，并設(shè)置實(shí)際的配合間隙；在齒輪對(duì)的嚙合面處設(shè)置摩擦接觸；軸承位置進(jìn)行固定；主動(dòng)齒輪的花鍵處輸入扭矩值；齒輪齒面設(shè)置液體壓強(qiáng)。齒輪泵有限元模型如圖4所示，齒面液體壓強(qiáng)設(shè)置如圖5所示。

3.2 仿真分析結(jié)果

通過(guò)分析計(jì)算得到了各軸承位的支反力，如圖6所示。結(jié)合油泵運(yùn)行條件，可準(zhǔn)確校核滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)尺寸是否滿足使用要求。同時(shí)得到了齒輪、軸的強(qiáng)度分析結(jié)果，對(duì)關(guān)聯(lián)零部件進(jìn)行了強(qiáng)度校核，如圖7所示。

4、結(jié)論

在傳統(tǒng)油泵設(shè)計(jì)過(guò)程中，滑動(dòng)軸承支反力求解進(jìn)行了過(guò)多的簡(jiǎn)化處理，完全忽略了軸齒剛度變形所造成的軸承受力偏載，設(shè)計(jì)過(guò)程粗糙，為保證軸承壽命，大多選擇較大的安全系數(shù)，存在設(shè)計(jì)過(guò)剩現(xiàn)象，浪費(fèi)資源。本文通過(guò)CAE仿真分析，在考慮軸齒剛度的同時(shí)，可模擬油泵液壓力對(duì)軸承受力的影響，既完成了軸承支反力的求解，又實(shí)現(xiàn)對(duì)油泵軸齒的強(qiáng)度校核。并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的優(yōu)越性和可行性，其主要意義體現(xiàn)在以下方法：

（1）清晰的看出了軸齒剛度對(duì)軸承受力分布的影響；

（2）得到了更為準(zhǔn)確的軸承位受力，為軸承設(shè)計(jì)提供了準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)輸入，保證了軸承設(shè)計(jì)的可靠性；

（3）輔助校核了齒輪、軸等零件的強(qiáng)度；

（4）應(yīng)用有限元分析方法，在復(fù)雜受力情況下，可以得到理論方法無(wú)法獲得的數(shù)據(jù)，可以應(yīng)用到其他類零件的設(shè)計(jì)分析中。

[1] 成大先 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 第6篇 化學(xué)工業(yè)出版社 2004.

[2] 工程力學(xué) 高等教育出版社，1997.

[3] 付永華. 有限元分析基礎(chǔ) 武漢大學(xué)出版社，2003.

[4] 張洪武 等.有限元分析與CAE技術(shù)基礎(chǔ) 清華大學(xué)出版社，2004.

CAE simulation application in the sliding support design of oil pump gear

Shi Ming, Ran Zhao, Liu Yanfu
（1.Technical Center, Great Wall Motor Company Limited, Hebei Baoding 071000;
2. Major Lab. of Vehicle Safety Integration and Smart Control in Hebei Province, Hebei Baoding 071000）

In this article ,the sliding support structure of transmission oil pump gear is designed, according to the CAE simulation that build the oil pump gear model, set boundary conditions, such as the fluid pressure, input torque etc. These can get the accurate reaction force of sliding bearing, combined with pump working conditions, calculate the evaluating parameters∶ the accurate PV value and so on, and choose the sliding bearing type finally. This method solves that the input condition is not easy to be decided when choose the sliding bearing, improves the accuracy of production design, and brings a new idea for the pump structure design.

oil pump；slid bearing；reaction force

U463.2

A

1671-7988(2015)03--

史銘，就職于長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心。