油泵月牙板结构强度仿真分析*

赵前成，吕 浩，杨昌林，单凯凌，袁 林,张良奇

(1.重庆红宇精密工业有限责任公司 重庆 402760; 2.重庆大学 重庆 400044)

油泵月牙板结构强度仿真分析*

赵前成1，吕 浩1，杨昌林1，单凯凌1，袁 林1,张良奇2

(1.重庆红宇精密工业有限责任公司 重庆 402760; 2.重庆大学 重庆 400044)

基于ANSYS软件，根据月牙板结构设计方案，分别建立了两种有限元计算模型，并进行结构强度分析，得到了两种月牙板结构在传动油压力载荷作用下的应力分布和变形情况，可为油泵产品结构设计和改进提供依据。

月牙板；ANSYS；有限元；结构强度

Abstract: In this paper,two finite element models were constructed using ANSYS based upon the structural design of the crescent plate for an oil pump.By strength analysis,the deformation and the stress distribution were obtained for the two crescent plates under specified oil pressures.The results can be utilized to improve the structural design of oil pumps.

Key words: crescent board； ANSYS； finite element； structural strength

0 引 言

油泵是自动变速箱的核心部件之一。自动变速箱的液压系统是由油泵来供油，油泵的性能直接影响到自动变速箱的性能。月牙板是内啮合齿轮泵泵体常用的一种结构，启到分隔高、低压油区的作用，如果月牙板在运行过程中发生破坏，将导致高、低压油区联通，而油泵则会因此失效，甚至出现油泵卡死，导致变速箱液压系统被破坏的严重后果，所以对月牙板结构进行强度校核在油泵产品正向设计过程中就显得尤为重要。

1 月牙板结构有限元模型建立

利用UG的NX功能模块[1]，根据油泵体设计参数，运用从下而上的方法，通过拉伸、倒斜角等编辑功能，最终完成研究对象准确的实体模型[2]，再导入ANSYS有限元分析软件[3-4]中，如图1(a)、(b)所示。

图1 三维实体模型

两种油泵体均采用的是铝合金6061 T6(GB)材料，材料参数如表1，铝合金6061(T6)为塑性材料，对于塑性材料，材料许用应力[σ][5]为：

(1)

式中：σS为材料屈服强度，n为材料安全系数[6]，对于本文中铝合金6061(T6)材料，n取1.3。因此可得：

[σ]=211.5MPa

表1 铝合金6061(T6)材料参数

2 网格划分

网格划分均采用10节点SOLID92四面体结构实体单元，方案一和方案二中月牙板模型的网格量分别为40 642、28 279，网格模型如图2(a)、(b)所示。

图2网格模型

3 加载及边界条件

根据物理模型的实际工况，对月牙板结构采用静力分析，传动油压力为2.5 MPa，均匀分布在油压作用区域，月牙板底端面为固定壁面边界条件。

4 求解及后处理

笔者对月牙板进行的是静力分析，因此采用通用后处理器对求解结果进行后处理，得到了月牙板在传动油压力载荷作用下的应力分布云图和变形分布云图，如图3、4所示。

图3 方案一计算结果

图3(a)、(b)为方案一中月牙板在传动油压力作用下的应力分布云图和变形分布云图，从图3中可看到，应力分布和变形主要集中在月牙板右边，从图3(a)可看到，在月牙板底部右端出现最大应力分布，为230.37 MPa，大于材料许用应力[σ]；从图3(b)可看到，在月牙板右上角出现最大变形，变形量为0.06 mm。

图4方案二计算结果

图4(a)、(b)为方案二中月牙板在传动油压力载荷作用下的应力分布云图和变形分布云图，从图4中可看到，应力分布和变形分布规律与方案一中相似，从图4(a)中可看到，最大应力同样出现在底部右端，最大应力为116.11 MPa，小于材料许用应力[σ]，相对于方案一,方案二中最大应力减小约49.6%；从图4(b)中可看到，月牙板右上角出现最大变形，变形量为0.038 mm，相对于方案一，方案二中变形量减小约36.67%。

通过对比分析可得出：方案一中月牙板结构不能满足强度要求，设计不合理；而方案二中月牙板结构满足强度要求，设计合理、有效。

图5 试验结果

图5(a)、(b)分别为方案一和方案二中油泵完成耐久试验的情况，从图5(a)中可看到,方案一中月牙板在完成油泵耐久试验过程中发生断裂；而从图5(b)中可看到，方案二中月牙板在油泵耐久试验过程中完好无损，试验结果与计算结果相吻合，由此说明本文的强度计算是可靠有效的。

5 结 语

利用ANSYS软件，对两种月牙板结构进行了强度仿真分析，计算结果与试验结果相吻合,为油泵产品结构设计和改进提供了一套强度计算的方法，计算结果可为油泵产品结构设计和改进提供依据。

[1] 李春旺，解武杰，杨尊袍，等.基于UG预处理的ANSYS有限元分析方法[J].空军工程大学学报(自然科学版)，2009，10(5):85-89.

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[7] 李 盼，薛晓宁.基于有限元的锁环静态分析与结构优化[J].机械研究与应用，2013(2)：6-9.

A Strength Simulation Analysis of Structral Strength for the Crescent Plate in an Oil Pump

ZHAO Qian-cheng1, LV Hao1, YANG Chang-lin1, SHAN Kai-ling1, YUAN Lin1, ZHANG Liang-qi2

(1.ChongqingHongyuPrecisionIndustrialCompany,Chongqing402760,China; 2.ChongqingUniversity,Chongqing400044,China)

2014-05-14

赵前成(1986-)，男，重庆人，硕士，工程师，主要从事汽车变速箱油泵产品设计方面的工作。

TH32

A

1007-4414(2014)04-0094-02