張晶，姚萌，張保良，楊士先

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基于整車應用的變速箱吸濾器吸油口位置分析

張晶，姚萌，張保良，楊士先

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

在自動變速箱的液壓系統(tǒng)中，處在入口處的通常是一個吸入式過濾器。油液通過吸濾器進行過濾，進入到下游。正常情況下，要保證經過過濾器后，液壓系統(tǒng)不能吸入空氣，這就對吸濾器吸油口的位置提出了要求。文章將基于整車的應用，從仿真和試驗的角度，闡述如何確認吸濾器吸油口的位置。

吸油口位置；仿真；油位試驗；應用

前言

油液是作為能量傳遞的介質，是實現(xiàn)液壓系統(tǒng)功能的紐帶。而吸濾器作為液壓系統(tǒng)的第一站，它的主要功能便是讓油液保持純粹，不受污染。這種功能體現(xiàn)在兩方面，一方面是將油液中絕大部分固體顆粒污染物過濾掉，保證油液的清潔度；另一方面是在吸油的過程中，不會同時將空氣吸入進來，影響油液的連續(xù)性和壓縮性。

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，即可確認最優(yōu)的吸油口位置。

1 吸油口位置的靜態(tài)仿真分析

1.1 概述及原理

圖1 某變速箱的公共油液區(qū)域

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，如圖1所示。

1.2 方法及步驟

1.2.1 輸入條件確認

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

（1）整機主要零部件的數(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、左轉彎、右轉彎的極限加速度。

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)成式外形設計，主要通過各種曲面的操作進行分析。

（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（殼體提取內輪廓表面），如下圖所示為某變速箱的殼體內輪廓表面：

圖2 某變速箱的殼體內輪廓表面

（2）曲面結合

將各個零部件的曲面，按照裝配關系，結合形成一個整體閉合曲面模型，如下所示：

圖3 某變速箱的閉合曲面

（3）曲面切除及建立分析模型

圖4 某變速箱的靜態(tài)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行包絡，形成包絡實體，這個包絡體便是分析所需的分析模型，如圖4所示。

1.2.3 分析油量及整箱油量的確認

（1）分析油量的確認

分析油量是指會隨著整車運動狀態(tài)而發(fā)生變化的這部分油液，通常是在主殼體內，由齒軸件的潤滑需求確認。根據(jù)《液壓設計手冊》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：

圖5 某變速箱的分析油量

（2）整箱油量的確認

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；

圖6 某變速箱的整箱油量

1.2.4 各工況油液分布靜態(tài)分析

（1）工況轉化

將分析輸入中的各個整車工況，轉化為軟件分析中可以使用的參數(shù)。在這里是將加減速、左右轉彎的加速度轉化為油液面的傾角，轉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行分析。

圖7 某變速箱的急減速工況油液分布

假設急減速的加速度為a，根據(jù)公示轉化出的角度為α。首先在變速箱中確認整車姿態(tài)的水平面，然后在水平面基礎上進行翻轉，翻轉角度為α，再利用翻轉后的平面切割分析模型，留取模型的下半部分。通過調整切割平面的位置，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)，如圖7所示。

其余工況的分析方法相同，參照此方法繼續(xù)分析急加速、左轉彎、右轉彎的油液分布狀態(tài)。

1.2.5 吸油口位置確認

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)仿真分析的結果，即吸油口所處的位置，如下所示：

圖8 某變速箱的靜態(tài)仿真結果

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動過程中的動態(tài)變化，通過模擬整車的各個極限運動工況，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

動態(tài)仿真更進一步模擬實際工況，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、左轉彎、右轉彎的運動參數(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：

圖9 旋轉部件的定義

（1）導入幾何模型：

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

（2）定義運動規(guī)律：

主要定義內部旋轉件的旋轉方向以及轉速，以及整箱的運動曲線，如圖9-10所示。

（3）設置求解器參數(shù)

包括設置變速箱油液的參數(shù)、運動邊界的參數(shù)等等。

2.2.3 動態(tài)分析及吸油口位置確認

根據(jù)已建立的分析模型進行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)仿真分析的結果，如下所示：

圖11 某變速箱的油液動態(tài)仿真分析

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 吸油口位置的整車驗證

整車的驗證是吸油口位置確認的最后一個階段，直接在整車的狀態(tài)下，進行加速、減速、左右轉彎工況的驗證。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，同樣還有整機的加油量，軟件的策略，整車的駕駛體驗等等。

4 總結

在吸濾器吸油口位置分析確認的過程中，這些基于整車應用工況的仿真和試驗方法其實是相輔相成的。在設計初期，可以利用靜態(tài)仿真提供吸油口位置的設計輸入；在設計后期，可以通過動態(tài)仿真驗證吸油口的位置是否合理；在設計試驗驗證階段，可以通過臺架試驗確認吸油口位置；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。

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，很有可能導致整個變速箱功能的失效。本文基于整車應用的工況，闡述了如何確認吸濾器吸油口位置，總結了相關仿真和試驗的方法，對吸濾器設計及應用的研究具有重要的意義。

[1] 范存德.液壓技術手冊[M].1版.沈陽:遼寧科學技術出版社,2004.5.

[2] 陸敏恂,李萬莉.流體力學與液壓傳動[M].上海:同濟大學出版社, 2006.2.

Analysis of suction port position of transmission suction filter based onvehicle application

Zhang Jing, Yao Meng, Zhang Baoliang, Yang Shixian

( Anhui Jianghuai Automobile Group CO. LTD., Anhui Hefei 230601 )

In the hydraulic system of an automatic transmission, the inlet is usually a suction filter. The oil is filtered through a suction filter and goes downstream. Under normal circumstances, it is necessary to ensure that the hydraulic system cannot take in air after passing through the filter, which places demands on the position of the suction port of the suction filter. This article will be based on the application of the vehicle, from the perspective of simulation and test, how to confirm the position of the suction port of the suction filter.

Suction port position; simulation; Oil level test; application

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張晶，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。

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