1. 簡介

雙離合自動變速器因其具有動力不中斷、換擋平順等多項技術(shù)優(yōu)勢被各大廠商廣泛使用[1]。變速器箱體內(nèi)部有多個傳動軸、齒輪和軸承相互摩擦，因此需要對高摩擦區(qū)域持續(xù)進行冷卻潤滑。對于不能直接接觸機油的區(qū)域，通常采用噴油管進行噴射潤滑。Abaqus作為被廣泛使用的有限元分析軟件，可以仿真計算結(jié)構(gòu)強度、接觸關(guān)系等方面問題[2]。本文采用了Abaqus軟件模擬噴油嘴過盈裝配過程。

2. 分析模型

2.1 裝配模型

某型雙離合變速器軸承孔端蓋分布有兩條潤滑油通道，在各軸承對應(yīng)位置開孔并壓裝噴油嘴，通過噴油嘴噴射變速器機油對軸承進行冷卻潤滑。噴油嘴名義直徑為 5mm，與端蓋安裝孔直徑方向上過盈量為 4 至 17μm，最大壓裝深度為 5.5mm，模型如圖 1 所示。端蓋為鑄造鋁合金件，噴油嘴材料為 10 號鋼，各部件材料參數(shù)如表 1 所示。

圖 1. 裝配示意圖.

表 1.材料參數(shù)表.

裝配過程中端蓋應(yīng)力很有可能會超過材料屈服點，為提高分析精度，同時考慮計算效率，分析時增加鋁合金材料的拉伸塑性曲線數(shù)據(jù)。本文中鋁合金材料實測拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖2所示。

圖 2. 鋁合金拉伸塑性曲線.

2.2 有限元模型

在進行有限元計算前，需對分析模型進行網(wǎng)格離散化前處理。本次分析中，噴油嘴為軸對稱結(jié)構(gòu)，采用一階六面體網(wǎng)格劃分，平均尺寸控制在0.5 mm左右，周向一圈分布24個節(jié)點。根據(jù)圣維南原理，截取噴油嘴安裝孔附近40 mm*40 mm端蓋模型進行分析，并采用二階四面體網(wǎng)格劃分。安裝孔周圍網(wǎng)格需細化，平均尺寸控制在0.5 mm左右。安裝孔局部程軸對稱特點，將周向節(jié)點分布與噴油嘴周向節(jié)點分布調(diào)整為共節(jié)點，并控制附近生成環(huán)狀分布網(wǎng)格。網(wǎng)格模型示意圖如圖3所示。

圖 3. 有限元模型示意圖

3. 分析結(jié)果

分別用最小過盈量模型和最大過盈量模型進行計算，用最小過盈量模型結(jié)果評估噴油嘴是否有滑脫風險，用最大過盈量模型結(jié)果評估端蓋強度，每個分析中分析時間步長均為0.05，一個時間步長內(nèi)壓裝深度為 0.275 mm。由于考慮了材料塑性影響，且噴油嘴壓裝過程中位移較大，計算中需要將非線性 NLGEOM 功能打開。

3.1 端蓋強度

圖 4 為最大過盈量模型在不同壓裝深度時，端蓋應(yīng)力云圖。在壓裝過程中，端蓋受力均勻，程環(huán)狀分布。壓裝 0.275 mm 時，端蓋最大應(yīng)力為 107.4 MPa。壓裝 0.76 mm 時，端蓋最大應(yīng)力為 99.3 MPa。壓裝 2.20 mm 時，端蓋最大應(yīng)力為 82.5 MPa。壓裝 3.025 mm時，端蓋最大應(yīng)力為 84.6 MPa。壓裝 4.06 mm 時，端蓋最大應(yīng)力為 83.7 MPa。壓裝 5.5mm 時，端蓋最大應(yīng)力為 86.5 MPa。在壓裝初始階段，端蓋與噴油嘴剛剛形成過盈關(guān)系，端蓋應(yīng)力較大，當壓裝到 0.76 mm 后，端蓋應(yīng)力范圍基本維持不變，局部應(yīng)力與壓裝深度沒有關(guān)系。

圖 4. 最大過盈量、不同壓裝深度時，端蓋應(yīng)力云圖.

圖 5 為最大過盈量模型在不同壓裝深度時，裝配模型截面應(yīng)力云圖。由圖可以看出，隨壓裝深度增大，端蓋和噴油嘴受力范圍逐漸變大，噴油嘴頭部附近區(qū)域應(yīng)力稍大，遠離頭部區(qū)域端蓋和噴油嘴應(yīng)力大小分布基本相同。噴油嘴壓裝過程中收到擠壓，噴油嘴中心區(qū)域應(yīng)力大于外部區(qū)域。

圖 5. 最大過盈量、不同壓裝深度時，截面應(yīng)力云圖

3.2 噴油嘴滑脫

最小過盈量模型在不同壓裝深度時，噴油嘴與端蓋接觸壓力如圖 6 所示。壓裝 0.275mm 時，噴油嘴與端蓋平均接觸壓力為 35.6 MPa。壓裝 0.76 mm 時，噴油嘴與端蓋平均接

觸壓力為 32.1 MPa。壓裝 2.20 mm 時，噴油嘴與端蓋平均接觸壓力為 24.8 MPa。壓裝3.025 mm 時，噴油嘴與端蓋平均接觸壓力為 22.9 MPa。壓裝 4.06 mm 時，噴油嘴與端蓋平均接觸壓力為 23.0 MPa。壓裝 5.5 mm 時，噴油嘴與端蓋平均接觸壓力為 23.2 MPa。隨著壓裝深度增加，噴油嘴與端蓋接觸面積不斷增加，在壓裝初始階段，端蓋與噴油嘴剛剛形成過盈關(guān)系，端蓋與噴油嘴接觸壓力較大，當壓裝到 0.76 mm 后，端蓋與噴油嘴接觸壓力基本維持不變，接觸壓力與壓裝深度沒有關(guān)系。

圖 6 最小過盈量、不同壓裝深度時，噴油嘴接觸壓力云圖

噴油嘴截面形狀如圖 7 中紅色部分所示，油道內(nèi)最大油壓為 2.0 MPa，截面積等于12.57 mm2 ，則噴油嘴承受最大機油作用力為 25.14 N。當壓裝 5.5 mm 后，噴油嘴與端蓋接觸面積為 80.7 mm2，平均接觸壓力為 23.2 MPa，噴油嘴與端蓋接觸面摩擦系數(shù)考慮為0.15，則噴油嘴與端蓋間摩擦力為 280.8 N。由于噴油嘴與端蓋間摩擦力遠遠大于機油對噴油嘴的作用力，所以壓裝后噴油嘴滑脫風險低。

圖 7 圖片標簽實例.

4. 結(jié)論

本文使用 Abaqus 軟件模擬雙離合自動變速器中金屬端蓋過盈裝配噴油嘴瞬態(tài)過程，主要結(jié)論如下：

（1）過盈裝配過程中，端蓋安裝座區(qū)域應(yīng)力沿周向均勻分布，在壓裝初始階段端蓋應(yīng)力較大，隨壓裝深度增加，受力范圍逐漸增大，端蓋應(yīng)力稍減小，且維持不變。

（2）噴油嘴壓裝初始階段與端蓋接觸壓力較大，隨壓裝深度增加，接觸壓力降低，接觸范圍增大，但接觸壓力基本維持不變。

（3）本文過盈裝配分析中，端蓋應(yīng)力小于材料抗拉強度，端蓋強度合格。噴油嘴與端蓋摩擦力遠遠大于油壓作用力，噴油嘴沒有滑脫風險。

資料來源：達索官方