基于HyperWorks的双离合变速器箱体密封性能分析

1 概述

       汽车变速器是汽车传动系统中最主要的部件之一，它是协调发动机转速和车轮实际行驶速度的变速装置，一般与发动机匹配使用，以发挥发动机的最佳经济性能。

       变速器箱体是变速器中重要组成部件，主要起到支撑轴承、保护轴系和保存润滑油的作用。变速器箱体的密封性能是变速器的关键指标，变速器的密封性能不好会导致润滑油的渗漏，一方面润滑油会流到路面上，影响驾驶员行车安全，造成环境污染；另一方面，润滑油会流到发动机、变速器和副车架上，影响汽车零部件的散热，并且油会吸附大量的粉尘，影响汽车零部件的性能；变速器润滑油的大量泄露，会造成变速器的传递效率降低，严重时甚至会造成变速器的齿轮、轴承、花键等零件润滑不良，影响汽车的行驶安全性能。目前，变速器的密封性能越来越引起主机厂和用户的重视。

2 有限元模型的建立

       该双离合变速器箱体由四部分组成，分别是右箱体、左箱体、左箱盖和油底壳，其装配关系如图1所示，由于帕斯卡试验反馈渗油结合面为左箱体和左箱盖，本文仅对该结合面螺栓进行详细建模，其它结合面螺栓用刚性单元模拟。
 
       2.1 网格划分

       由于变数器箱体结构比较复杂，本文采用四面体网格进行离散，Altair公司SimLab软件是一款针对发动机、变速器等复杂结构的前处理软件，运用该软件进行网格划分的节点数和单元数见表1。
 
       2.2 材料与属性

       本文变速器箱体为铝合金材料，其弹性模量为71GPa，泊松比为0.3，密封垫片运用Altair推荐的gasket材料，该材料厚度方向属性为压力和位移曲线，一般通过试验获取，其余方向可以设置为普通各向同性材料。

       2.3 密封性工况

       变速器箱体的密封性能不仅与螺栓布置和螺栓预紧力有关，而且还与变速器箱体工作时承受轴承力有关，所以本文选取装配工况和传动速比最大的一档工况进行有限元分析。

       工况一：

       变速器箱体装配时，螺栓是机器手两两对角拧紧，其轴向预紧力通过拧紧力矩换算得到，本次分析的螺栓预紧力为7320N。

       工况二：

       变速箱前进档中，一档工况相对于其它档位其受力最大，引起变速器箱体在接合面的变形也最大，一档对变速器的密封性能要求最严格，所以在装配工况基础上，继续施加前进档中一档载荷，该款双离合自动变速器一档最大输入扭矩为150N.M。

       边界约束施加在前箱体与发动机刚性连接的螺栓孔上，保持螺栓孔固定不动，运用OptiStruct软件进行求解。

3 结果与分析

       左箱和左箱盖接合面密封性能主要通过垫片接触面的张开量反应，张开量越大其密封性能越差，过大的张开量就会有渗漏风险。

       图2是在装配工况下垫片接触面张开量分布，图中可以看出螺栓周围一般张开量较小，两个螺栓中间张开量最大，其最大张开量为2.67E-4mm，出现在7号螺栓和8号螺栓中间。
 
       图3是在装配工况基础上施加一档工况计算结果，图中可以看出，10号螺栓和12号螺栓中间张开量最大，其最大张开量为6.45E-3mm，与帕斯卡试验反馈结合面渗油处相符。
 
       通过上述两种典型工况分析，该款双离合自动变速器箱体在10号螺栓和11号螺栓中间确实存在密封性不良风险，其主要原因是该处螺栓分布较远且有一定圆弧过渡，可以通过调整螺栓分布、更改垫片厚度和增加螺栓预紧力等方法来避免渗油风险。

4 结论

       通过进行左箱和左箱盖密封性能分析可知，该双离合自动变速器箱体渗油仿真和试验一致，该仿真分析方法可以为分析评价变速器箱体结合面密封性研究提供参考。

       Optistruct软件对于密封性能分析具有良好的解决方案。

5 参考文献

       [1] HyperWorks Help Documents 
       [2] 康一坡. 变速器壳体接合面密封性能有限元预测[J]. 汽车零部件,2010,(11):69-72.