某變速箱結合面漏油改進仿真分析

彭立印

（陜西法士特齒輪有限責任公司設計研究所，陜西 西安 710077）

1 問題描述

根據客戶反饋，某變速箱頻繁發(fā)生離合器與大殼結合面漏油故障。漏油故障一旦嚴重，極有可能引發(fā)變速箱燒箱故障。

圖1 變速器漏油圖片

目前主流變速器產品采用的都是非石棉抄取板材料襯墊，盡管在裝配時采用相同的擰緊力矩，但使用車型不同，一些變速箱有輔助支撐，一些沒有，并且鋁合金變速箱的螺栓數(shù)目要多一些。因此本文針對這一現(xiàn)象，對該變速器的離合器殼體與大殼接合面進行密封性能分析，為后續(xù)的密封、緊固性能的改進提供理論依據。

2 分析內容

本文通過Pro-E建立殼體的三維模型，使用ANSA和ABAQUS進行有限元前處理，完成網格模型和分析模型，通過 ABAQUS 求解器進行分析計算和后處理，獲得需要的分析數(shù)據。計算中單位制采用mm－T－s。

2.1 有限元模型及材料屬性

為了最大限度的使分析結果接近實際情況，對變速器殼體、上蓋殼體、后蓋殼體及部分螺栓進行實體建模，各零件網格示意圖如圖2-1至2-5所示，相應的材料、單元類型、單元大小如表1所示。其中金屬材料只使用彈性數(shù)據，忽略塑性變形，襯墊剛度小，網格加密，采用 ABAQUS襯墊單元建模。

圖2

表1 各零件材料牌號

2.2 邊界條件及加載

位移和載荷邊界條件：分四個載荷步：

step-1：分別在遠離接合面的位置約束離合器殼體和大殼殼體的三個平動自由度，并且施加螺栓預緊力，此步目的為是接觸面收斂快。螺栓預緊力通過公式(1)求得：

式中，M為緊固螺栓扭矩；d為螺栓的公稱直徑，k為擰緊系數(shù)，取為0.23。計算得到M12的預緊力為32570N，M16的預緊力為53917N，M20的預緊力為83333N。

step-2：保留離合器殼體上的位移約束，保持螺栓載荷為current length，此步目的是計算只有螺栓預緊力情況下結合面密封情況。接觸邊界條件：襯墊與殼體的接觸區(qū)域設置接觸，選擇小滑移，切向摩擦系數(shù)為0.1，同時為了加快計算收斂速度，在螺栓與殼體接觸區(qū)域設置 Tie連接，或者采用MPC-BEAM單元模擬螺栓。

step-3：在step-2的基礎上增加大殼及后蓋軸承孔位置處的載荷，此載荷來自于發(fā)動機扭矩（該變速箱配置發(fā)動機最大扭矩為 2500N*m），此步目的是計算有螺栓預緊力和扭矩情況下結合面密封情況。

step-4：在step-3的基礎上增加增加7倍向下重力、1倍水平重力載荷，此步為計算有螺栓預緊力和扭矩工況下下，考慮到震動加速度對結合面密封性能的影響。

3 分析結果

3.1 原始設計方案面壓分析

圖3

小結：當僅有預緊力時，密封墊右上部有密封壓力；當考慮預緊力和扭矩時，密封墊右上部也有密封壓力；若考慮到振動的情況，密封墊右上部密封壓力很低，密封效果很差。

中間軸孔兩側位置的密封效果也比較差。

3.2 更改密封墊膠線設計面壓分析

5 改進密封墊膠線設計

圖4 離合器殼體螺栓布置

圖6 改進膠線設計面壓分析結果（從左到右：僅預緊力，預緊力+扭矩，預緊力+扭矩+振動）

小結：當僅有預緊力時，密封墊右上部有密封壓力；當考慮預緊力和扭矩時，密封墊右上部也有密封壓力；若考慮到振動的情況，密封墊右上部沒有密封壓力，沒有密封效果。

3.3 增加螺栓數(shù)量面壓分析

圖7 離合器殼體螺栓布置

圖8 改進密封墊膠線設計

小結：若僅考慮預緊力，密封墊右上部壓力約為90MPa；若考慮預緊力和扭矩，密封墊右上部壓力約為80MPa；若考慮到振動的情況（垂直7g，水平1g），密封墊右上部密封壓力約為20MPa，能夠起到較好密封作用。

圖9 增加螺栓設計面壓分析結果（從左到右：僅預緊力，預緊力+扭矩，預緊力+扭矩+振動）

4 結論

從以上分析結果可以看出， 殼體的密封性能受螺栓的分布、襯墊的設計等多方面影響。 計算結果顯示，使用改進后襯墊，能夠優(yōu)化面壓分布，一定程度上提升密封性能;增加螺栓來降低振動帶來的幅值變化，改善螺栓松動現(xiàn)象。實際改進中既改進了膠線，也增加了螺栓，該改進方案已經實施一年，目前沒有收到滲漏信息，證明該改進方案有效。