油泵月牙板結(jié)構(gòu)強(qiáng)度仿真分析*

趙前成，呂 浩，楊昌林，單凱凌，袁 林,張良奇

(1.重慶紅宇精密工業(yè)有限責(zé)任公司 重慶 402760; 2.重慶大學(xué) 重慶 400044)

油泵月牙板結(jié)構(gòu)強(qiáng)度仿真分析*

趙前成1，呂 浩1，楊昌林1，單凱凌1，袁 林1,張良奇2

(1.重慶紅宇精密工業(yè)有限責(zé)任公司 重慶 402760; 2.重慶大學(xué) 重慶 400044)

基于ANSYS軟件，根據(jù)月牙板結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，分別建立了兩種有限元計算模型，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析，得到了兩種月牙板結(jié)構(gòu)在傳動油壓力載荷作用下的應(yīng)力分布和變形情況，可為油泵產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計和改進(jìn)提供依據(jù)。

月牙板；ANSYS；有限元；結(jié)構(gòu)強(qiáng)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

油泵是自動變速箱的核心部件之一。自動變速箱的液壓系統(tǒng)是由油泵來供油，油泵的性能直接影響到自動變速箱的性能。月牙板是內(nèi)嚙合齒輪泵泵體常用的一種結(jié)構(gòu)，啟到分隔高、低壓油區(qū)的作用，如果月牙板在運(yùn)行過程中發(fā)生破壞，將導(dǎo)致高、低壓油區(qū)聯(lián)通，而油泵則會因此失效，甚至出現(xiàn)油泵卡死，導(dǎo)致變速箱液壓系統(tǒng)被破壞的嚴(yán)重后果，所以對月牙板結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度校核在油泵產(chǎn)品正向設(shè)計過程中就顯得尤為重要。

1 月牙板結(jié)構(gòu)有限元模型建立

利用UG的NX功能模塊[1]，根據(jù)油泵體設(shè)計參數(shù)，運(yùn)用從下而上的方法，通過拉伸、倒斜角等編輯功能，最終完成研究對象準(zhǔn)確的實體模型[2]，再導(dǎo)入ANSYS有限元分析軟件[3-4]中，如圖1(a)、(b)所示。

圖1 三維實體模型

兩種油泵體均采用的是鋁合金6061 T6(GB)材料，材料參數(shù)如表1，鋁合金6061(T6)為塑性材料，對于塑性材料，材料許用應(yīng)力[σ][5]為：

(1)

式中：σS為材料屈服強(qiáng)度，n為材料安全系數(shù)[6]，對于本文中鋁合金6061(T6)材料，n取1.3。因此可得：

[σ]=211.5MPa

表1 鋁合金6061(T6)材料參數(shù)

2 網(wǎng)格劃分

網(wǎng)格劃分均采用10節(jié)點(diǎn)SOLID92四面體結(jié)構(gòu)實體單元，方案一和方案二中月牙板模型的網(wǎng)格量分別為40 642、28 279，網(wǎng)格模型如圖2(a)、(b)所示。

圖2網(wǎng)格模型

3 加載及邊界條件

根據(jù)物理模型的實際工況，對月牙板結(jié)構(gòu)采用靜力分析，傳動油壓力為2.5 MPa，均勻分布在油壓作用區(qū)域，月牙板底端面為固定壁面邊界條件。

4 求解及后處理

筆者對月牙板進(jìn)行的是靜力分析，因此采用通用后處理器對求解結(jié)果進(jìn)行后處理，得到了月牙板在傳動油壓力載荷作用下的應(yīng)力分布云圖和變形分布云圖，如圖3、4所示。

圖3 方案一計算結(jié)果

圖3(a)、(b)為方案一中月牙板在傳動油壓力作用下的應(yīng)力分布云圖和變形分布云圖，從圖3中可看到，應(yīng)力分布和變形主要集中在月牙板右邊，從圖3(a)可看到，在月牙板底部右端出現(xiàn)最大應(yīng)力分布，為230.37 MPa，大于材料許用應(yīng)力[σ]；從圖3(b)可看到，在月牙板右上角出現(xiàn)最大變形，變形量為0.06 mm。

圖4方案二計算結(jié)果

圖4(a)、(b)為方案二中月牙板在傳動油壓力載荷作用下的應(yīng)力分布云圖和變形分布云圖，從圖4中可看到，應(yīng)力分布和變形分布規(guī)律與方案一中相似，從圖4(a)中可看到，最大應(yīng)力同樣出現(xiàn)在底部右端，最大應(yīng)力為116.11 MPa，小于材料許用應(yīng)力[σ]，相對于方案一,方案二中最大應(yīng)力減小約49.6%；從圖4(b)中可看到，月牙板右上角出現(xiàn)最大變形，變形量為0.038 mm，相對于方案一，方案二中變形量減小約36.67%。

通過對比分析可得出：方案一中月牙板結(jié)構(gòu)不能滿足強(qiáng)度要求，設(shè)計不合理；而方案二中月牙板結(jié)構(gòu)滿足強(qiáng)度要求，設(shè)計合理、有效。

圖5 試驗結(jié)果

圖5(a)、(b)分別為方案一和方案二中油泵完成耐久試驗的情況，從圖5(a)中可看到,方案一中月牙板在完成油泵耐久試驗過程中發(fā)生斷裂；而從圖5(b)中可看到，方案二中月牙板在油泵耐久試驗過程中完好無損，試驗結(jié)果與計算結(jié)果相吻合，由此說明本文的強(qiáng)度計算是可靠有效的。

5 結(jié) 語

利用ANSYS軟件，對兩種月牙板結(jié)構(gòu)進(jìn)行了強(qiáng)度仿真分析，計算結(jié)果與試驗結(jié)果相吻合,為油泵產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計和改進(jìn)提供了一套強(qiáng)度計算的方法，計算結(jié)果可為油泵產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計和改進(jìn)提供依據(jù)。

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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

趙前成(1986-)，男，重慶人，碩士，工程師，主要從事汽車變速箱油泵產(chǎn)品設(shè)計方面的工作。

TH32

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1007-4414(2014)04-0094-02