CAE仿真在油泵齿轮滑动支撑设计中的应用

史铭，冉昭，刘彦甫

（1.长城汽车股份有限公司技术中心，河北 保定 071000；2.河北省汽车工程技术研究中心，河北 保定 071000）

CAE仿真在油泵齿轮滑动支撑设计中的应用

史铭，冉昭，刘彦甫

（1.长城汽车股份有限公司技术中心，河北 保定 071000；2.河北省汽车工程技术研究中心，河北 保定 071000）

本文对变速器油泵齿轮滑动支撑结构进行设计,通过CAE仿真分析，建立油泵齿轮模型，设置液压力与输入扭矩等边界条件，可获得准确的齿轮支撑面受力值，结合油泵运行条件，计算出准确的PV值等评价参数，最终选定滑动轴承类型。这种方法解决了油泵滑动轴承选择时输入条件不易确定的问题，提高了产品设计的准确性，为油泵结构设计提供了新思路。

油泵；滑动轴承；支撑力

CLC NO.: U463.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)03--

引言

到了更为准确的支反力，提高了滑动轴承设计准确性。

油泵是自动变速器实现其功能的重要组成部分，油泵性能的好坏将直接影响变速器性能乃至整车性能。油泵多由发动机直接驱动，转速变化范围广（750rpm-6000rpm），在高速运行时，对油泵齿轮的滑动支撑面将面临极大考验，因此对滑动支撑面的摩擦特性分析就显得格外重要。传统设计方法主要通过机械原理对轴承支反力进行求解，分析摩擦特性。但油泵出口高压侧的液压力对轴承支撑力影响考虑困难，得到的轴承支反力准确度难以保证。本文利用CAE仿真分析方法，考虑了油泵出口高压侧液压力对轴承支撑力的影响，得

1、设计参数和工况

本文以某自动变速器外啮合齿轮泵做为研究对象进行滑动支撑面分析。在滑动配合面上设计供油结构，及时补充润滑油，保证配合面的可靠性，齿轮轴采用钢材，壳体采用铝合金材料。齿轮泵的各项基本参数如表1所示，齿轮泵的几何模型如图1、图2所示。

表1 齿轮泵基本参数

2、理论计算

油泵齿轮支撑面受力主要受到油泵输入扭矩和出口高压影响。采用传统方法分析时，需要单独计算输入扭矩和出口的高压影响，最终根据力的合成，得到支撑面的受力。

2.1 油泵输入扭矩产生的支反力

油泵输入扭矩与出口压力关系为：

P：油泵出口压力q0：油泵排量

ηm：油泵机械效率

得到输入扭矩后，可以依据力学原理，对油泵模型进行简化，计算得出支撑面的受力：

输入扭矩与齿面啮合力关系为：

齿轮支撑面受力与齿面啮合力关系为：

注：齿轮支撑点距离齿面啮合中心对称，支撑力平均分配

2.2 齿面高压区产生的支反力

油泵出口高压区对支撑面产生的支反力需要对模型进行等效简化，计算得出支撑面受力。

2.3 最终支反力求解及轴承校核

依据力的合成原理，最终可计算得出齿轮支撑面的支撑力。得到支撑面受力后，则可以依据产品使用条件，对滑动支撑结构进行校核，通过计算摩擦功率、PV值等参数，验证齿轮滑动支撑位尺寸设计是否满足使用要求。

3、CAE仿真分析

3.1 齿轮泵有限元模型的建立

将齿轮泵主要元件几何数模导入到CAE软件中，应用软件的网格划分功能，生成四面体网格。在轴与壳体的滑动配合处设置摩擦接触，并设置实际的配合间隙；在齿轮对的啮合面处设置摩擦接触；轴承位置进行固定；主动齿轮的花键处输入扭矩值；齿轮齿面设置液体压强。齿轮泵有限元模型如图4所示，齿面液体压强设置如图5所示。

3.2 仿真分析结果

通过分析计算得到了各轴承位的支反力，如图6所示。结合油泵运行条件，可准确校核滑动轴承结构尺寸是否满足使用要求。同时得到了齿轮、轴的强度分析结果，对关联零部件进行了强度校核，如图7所示。

4、结论

在传统油泵设计过程中，滑动轴承支反力求解进行了过多的简化处理，完全忽略了轴齿刚度变形所造成的轴承受力偏载，设计过程粗糙，为保证轴承寿命，大多选择较大的安全系数，存在设计过剩现象，浪费资源。本文通过CAE仿真分析，在考虑轴齿刚度的同时，可模拟油泵液压力对轴承受力的影响，既完成了轴承支反力的求解，又实现对油泵轴齿的强度校核。并通过试验验证了该方法的优越性和可行性，其主要意义体现在以下方法：

（1）清晰的看出了轴齿刚度对轴承受力分布的影响；

（2）得到了更为准确的轴承位受力，为轴承设计提供了准确的设计输入，保证了轴承设计的可靠性；

（3）辅助校核了齿轮、轴等零件的强度；

（4）应用有限元分析方法，在复杂受力情况下，可以得到理论方法无法获得的数据，可以应用到其他类零件的设计分析中。

[1] 成大先 机械设计手册 第6篇 化学工业出版社 2004.

[2] 工程力学 高等教育出版社，1997.

[3] 付永华. 有限元分析基础 武汉大学出版社，2003.

[4] 张洪武 等.有限元分析与CAE技术基础 清华大学出版社，2004.

CAE simulation application in the sliding support design of oil pump gear

Shi Ming, Ran Zhao, Liu Yanfu
（1.Technical Center, Great Wall Motor Company Limited, Hebei Baoding 071000;
2. Major Lab. of Vehicle Safety Integration and Smart Control in Hebei Province, Hebei Baoding 071000）

In this article ,the sliding support structure of transmission oil pump gear is designed, according to the CAE simulation that build the oil pump gear model, set boundary conditions, such as the fluid pressure, input torque etc. These can get the accurate reaction force of sliding bearing, combined with pump working conditions, calculate the evaluating parameters∶ the accurate PV value and so on, and choose the sliding bearing type finally. This method solves that the input condition is not easy to be decided when choose the sliding bearing, improves the accuracy of production design, and brings a new idea for the pump structure design.

oil pump；slid bearing；reaction force

U463.2

A

1671-7988(2015)03--

史铭，就职于长城汽车股份有限公司技术中心。