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双离合器变速器液压阀体的有限元分析

发布于:2019-06-16 19:16

有限元分析

      由于液压系统的稳定性的优点,在自动变速器特别是AT及DCT中广泛采用液压实行机构来实现自动变速控制实行功能,而液压阀体作为液压系统的主要部件在整个控制系统中起到至为关键的载体作用。在液压阀体开发过程中除了需根据液压系统油路图进行油道及油口布置外,还需要对液压阀体的强度进行有限元分析,并据此对其结构进行优化,以在样机试制及试验之前便能达到阀体的功能及性能的要求。在现代设计中,有限元分析已成为必不可少的一环,能减少产品设计开发周期、提高产品设计质量,并可在一定程度上代替产品的测试试验,大家以双离合器自动变速器液压阀体为分析对象,从其强度校核的目的出发,分别建立受到均匀油压作用的上阀体和下阀体有限元模型,具体对各油道壁上的应力集中进行分析,并根据分析结果对阀体进行优化。
      采用六面体网格对液压阀体的上阀体进行网格划分,图所示为上阀体有限元模型。另外,为了模拟油道内壁受到油压的作用,对油道内壁施加3.2 MPa极限均布载荷,此处对所有油道内壁均加载以对极限状态下的阀体强度进行分析。上、下阀体均靠螺栓连接固定,此处对螺栓孔内壁所有节点均施加约束以模拟阀体的固定。采用自适应载荷步进行计算,整个加载过程定义,定义加载曲线如图所示,压强大小由0时的0 MPa线性增加到1 s时刻的3.2 MPa。阀体材料为铝合金2A11,其弹性模量E=70 GPa,泊松比为0.33,许用应力为136.5 MPa。同理,采用六面体单元对下阀体进行网格划分,其边界条件设置与上阀体相同,如图所示为下阀体有限元模型。
      采用静力分析求解器分别对液压阀体的上、下阀体进行计算分析,图所示为上阀体应力计算结果。根据其应力分布云图可知,上阀体较大应力分布在油道孔分布较密的部位,且主要分布于螺栓孔附近,如图所示,其最大应力为85.7 MPa。下阀体应力分布如图所示,其较大应力也分布于靠近油道的螺栓孔周围,其最大应力为83.9 MPa,小于2A11材料的抗拉强度。由以上分析可知,阀体在极限负载下其强度满足要求,则在一般工况下阀体强度也满足要求,为了减轻阀体质量,满足加工的工艺要求,对其结构进行优化。由于下阀体油道分布密集,可供布置工艺孔的部位很小,故基本保持其原样。上阀体油道分布较少,故可在其上面布置工艺孔,减少阀体材料,同时保持其壁厚相等,如图所示为上阀体某处工艺孔布置前后对照图。    为了确保布置工艺孔后的阀体强度依然满足使用要求,仍需按上节所述仿真方法对其进行强度分析。轻量化后的上阀体计算结果如图所示,从应力云图上可以看出工艺孔与油道之间的薄壁应力较大,最大应力为85.9 MPa,但仍小于抗拉强度,故工艺孔的布置对阀体强度几乎没有影响,即工艺设计后的阀体仍然满足功能要求。
      通过对液压阀体的强度分析,获得其应力分布及应力集中点,根据应力分布,进行工艺设计,以达到批量加工工艺要求,及阀体的轻量化,然后对优化后的液压阀体再次进行强度分析校核,其强度仍然满足使用要求。由此可见,有限元分析方法在液压阀体的开发工作中具有重要的意义。


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