自动变速器液压控制模块密封性仿真分析

刘彦甫，赵芳，史铭，冉昭

（长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心，河北保定071000）

自动变速器液压控制模块密封性仿真分析

刘彦甫，赵芳，史铭，冉昭

（长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心，河北保定071000）

对自动变速器液压控制模块的密封性进行仿真研究。详细介绍了自动变速器液压控制模块密封性的仿真分析方法和判定方法。根据液压控制模块在具体工作挡位下的工作油路，考虑油压作用，分析结合面压力及阀芯安装孔的变形量，综合判定液压控制模块的密封性。

自动变速器；液压控制模块；密封性；仿真分析

0 引言

液压控制系统具有较高的稳定性，在自动变速器尤其是AT、DCT中，得到广泛的应用。液压控制模块，是自动变速器中液压控制系统的机械总成，简称HCM，由上阀体、下阀体、阀板和各种控制阀及油路所组成，也称为阀体总成，如图1所示。

液压控制模块作为自动变速器液压系统的重要组成部件，在系统中起到极其重要的作用。然而，液压系统需要保持良好的密封性，避免或降低油液泄漏，这就意味着，除了为液压控制模块合理地布置油路、考虑零件强度外，还需要考虑其密封性能。随着计算机技术的高速发展，CAE仿真分析也越来越多地应用于产品的设计开发过程。文中以某4AT液压控制模块为分析对象，从密封性分析的目的出发，结合各挡位条件下的工作油路，创建有限元分析模型，分析其结合面压力和阀芯安装孔变形量，综合判定其密封性。

1 分析方法

同其他CAE分析相同，液压控制模块的密封性分析的输入条件，也需要零件的材料参数、三维数模、工况载荷等条件。但液压控制模块的密封性分析还需要液压控制模块各挡位的油路分布或液压原理图，以便分析液压模块在具体挡位条件下的密封性能。

1.1 创建有限元建模

由于液压控制模块比较复杂，为提高分析效率，需要在建模软件中对分析模型进行简化。一般在分析模型中，去除电磁阀、阀芯、传感器等零件；同时，对液压控制模块进行几何清理，去除细小的面，但需要确保几何能够完整地表达液压控制模块各零部件的几何特征。几何清理工作完成后，在前处理软件中进行网格划分，并进行网格检查，确保高质量的有限元模型，如图2所示。

1.2 设置材料参数及边界条件

液压控制模块的材料为铝合金ADC12，弹性模量69 GPa，泊松比0.33，抗拉强度310 MPa，屈服强度150 MPa。对液压控制模块进行材料属性设置，并根据液压控制模块在自动变速器总成中的装配关系，在液压控制模块与自动变速器壳体的连接位置施加固定约束，限制其自由度，并依据实际的接触形式在接触位置进行相应的设置。

1.3 工况加载

根据液压模块油路分布图或液压原理图，确认各挡位的工作油路，如图3所示。然后，按如下步骤进行工况加载：

（1） 在所有连接螺栓上，施加螺栓预紧力，大小为7 000 N；

（2）根据挡位进行分析步设置，一般一个挡位设置一个分析步；

（3）分别在各挡位工作油路上施加油压。此处应该注意的是：需要在阀板上施加对应的油压。具体加载参数见表1。

表1 工况加载表

1.4 求解运算

加载完成后，依次检查模型材料参数设置、接触设置、边界条件设置、分析步及对应的载荷，确认无误后，提交至求解器进行求解运算。

2 结果分析

在变速器壳体、油底壳等采用平面密封方式的密封性分析中，通常采用开口度作为评价指标。但由于液压控制模块遍布大量的油路，对液压控制模块而言，开口度并不能有效反映结合面的密封性能。

因此，采用结合面压力对液压控制模块的结合面密封性能进行评价。同时，考虑到阀芯安装孔的变形会增加泄漏，降低液压控制模块的性能，将阀芯安装孔的变形量也作为液压控制模块密封性的评价指标。

2.1 结合面压力

结合分析挡位的工作油路，分析不同挡位条件下上阀体、下阀体上的结合面压力分布，如图4所示，并确认相邻两条工作油路间的壁面上的结合面压力是否不小于1 MPa。

2.2 阀芯安装孔变形量

依次分析各工况条件下阀芯安装孔的变形量，如图5所示，确认其是否不大于0.02mm。

当所有工况下，结合面压力和阀芯安装孔变形量均满足要求时，判定液压控制模块密封性合格。由于液压控制模块的复杂性和不同产品间的差异，在评价指标的确定时需要注意：（1）由于油路布置的紧密程度和工作油压的大小会影响液压控制模块的密封性能，因此结合面压力的确定需要结合液压控制模块的设计与性能要求综合考虑来确定，一般为0.5～1 MPa。

（2）由于电磁阀的控制精度不同，不同产品阀芯安装孔与电磁阀的配合公差不同，阀芯安装孔变形量的确定同样需要综合考虑来确定，一般在0.01～0.02 mm之间。

3 结论

通过对液压控制模块进行密封性分析，找到可能发生泄漏的风险位置，进行设计调整，并再次进行分析，已达到设计要求，确保液压控制模块的密封性，规避泄漏风险，提高产品设计质量，降低试验成本，缩短开发周期。因此，液压控制模块的密封性分析在液压控制模块的设计开发中也具有极其重要的作用。

【1】石亦平，周玉蓉.ABAQUS有限元分析实例详解［M］.北京：机械工业出版社，2006.

【2】付永华.有限元分析基础［M］.武汉：武汉大学出版社，2003.

【3】浦广益.ANSYSWorkbench 12基础教程与实例详解［M］.北京：中国水利水电出版社，2010.

【4】刘伟，高维成，于广滨.ANSYS 12.0宝典［M］.北京：电子工业出版社，2010.

Sealing Simulation Analysis for Hydraulic Control Module in Automatic Transm ission

LIU Yanfu，ZHAO Fang，SHIMing，RAN Zhao
（Technical Center，GreatWall Motor Company Limited；Automotive Engineering Technical Center of Hebei，Baoding Hebei 071000，China）

Sealing simulation analysis for hydraulic controlmodule in automatic transmission wasmade.The simulation analysismethod and evaluatingmethod for automatic transmission hydraulic controlmodule sealing were introduced.According to the working oil channel of the hydraulic controlmodule under realworking shifts，considering the oil pressure，contactsurface pressure and spool valvemounting hole deform⁃ation were analyzed to comprehensively judge the sealing of the hydraulic controlmodule.

Automatic transmission；Hydraulic controlmodule；Sealing；Simulation analysis

2015－04－11

刘彦甫 （1987—），男，学士，现主要从事CAE仿真分析与试验验证。E⁃mail：bsqat＠gwm.cn。