基于整车应用的变速箱吸滤器吸油口位置分析

张晶，姚萌，张保良，杨士先



基于整车应用的变速箱吸滤器吸油口位置分析

张晶，姚萌，张保良，杨士先

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

在自动变速箱的液压系统中，处在入口处的通常是一个吸入式过滤器。油液通过吸滤器进行过滤，进入到下游。正常情况下，要保证经过过滤器后，液压系统不能吸入空气，这就对吸滤器吸油口的位置提出了要求。文章将基于整车的应用，从仿真和试验的角度，阐述如何确认吸滤器吸油口的位置。

吸油口位置；仿真；油位试验；应用

前言

油液是作为能量传递的介质，是实现液压系统功能的纽带。而吸滤器作为液压系统的第一站，它的主要功能便是让油液保持纯粹，不受污染。这种功能体现在两方面，一方面是将油液中绝大部分固体颗粒污染物过滤掉，保证油液的清洁度；另一方面是在吸油的过程中，不会同时将空气吸入进来，影响油液的连续性和压缩性。

如何有效防止吸滤器吸入空气，需要一个合适的吸滤器吸油口的位置。这个位置，从整车应用的角度来说，在各个工况下都能吸入油液，且仅能吸入油液，即要求在整车各个工况下，吸油口均淹没在油液面以下。根据这个原则，通过仿真和试验的手段，即可确认最优的吸油口位置。

1 吸油口位置的静态仿真分析

1.1 概述及原理

图1 某变速箱的公共油液区域

吸油口静态仿真分析，是模拟变速箱油液在整车极限工况下的姿态和分布，通过组合各极限工况下的油液分布，找出公共的油液区域。这个公共的油液区域，即为吸油口的正确位置，如图1所示。

1.2 方法及步骤

1.2.1 输入条件确认

静态仿真的第一步，需要确认仿真的输入条件，这个输入条件包括两方面：

（1）整机主要零部件的数模：

包括壳体、液压模块、离合器、差速器、吸滤器、油泵以及处在变速箱中下位置的齿轴总成等数模。

（2）整车的水平姿态及极限工况：

整车的水平姿态是指变速箱在整车水平状态下的姿态；整车的极限工况是指整车在加速、减速、左转弯、右转弯的极限加速度。

1.2.2 建立分析模型

静态仿真分析采用了CATIA软件中的创成式外形设计，主要通过各种曲面的操作进行分析。

（1）提取曲面

在CATIA中打开壳体、液压模块、离合器、差速器、吸滤器、油泵以及处在变速箱中下位置的齿轴总成等数模，提取各零部件的表面（壳体提取内轮廓表面），如下图所示为某变速箱的壳体内轮廓表面：

图2 某变速箱的壳体内轮廓表面

（2）曲面结合

将各个零部件的曲面，按照装配关系，结合形成一个整体闭合曲面模型，如下所示：

图3 某变速箱的闭合曲面

（3）曲面切除及建立分析模型

图4 某变速箱的静态分析模型

根据分析需要，切除闭合曲面中多余的部分，再将切除后的闭合曲面进行包络，形成包络实体，这个包络体便是分析所需的分析模型，如图4所示。

1.2.3 分析油量及整箱油量的确认

（1）分析油量的确认

分析油量是指会随着整车运动状态而发生变化的这部分油液，通常是在主壳体内，由齿轴件的润滑需求确认。根据《液压设计手册》要求，齿轮飞溅润滑齿轮浸油高度最好保持在1/3~3倍齿高（最大齿轮齿高），据此可以确定整车水平姿态下的油液面高度，已此油液面切割分析模型，留取下半部分，这部分即为分析所用的油液，测量其体积可得出具体油量V1，如下所示：

图5 某变速箱的分析油量

（2）整箱油量的确认

分析所用的油量仅仅是整箱油量的一部分，还有一部分油液始终填满腔体，不随整车运动状态发生变化，测量出这部分填充油量V2，与分析油量V1相加，即为整箱所需的总油量V，即V=V1+V2；

图6 某变速箱的整箱油量

1.2.4 各工况油液分布静态分析

（1）工况转化

将分析输入中的各个整车工况，转化为软件分析中可以使用的参数。在这里是将加减速、左右转弯的加速度转化为油液面的倾角，转化的原理是一个简单的物理模型。

（2）各工况的分析

各工况的分析方法大同小异，这里以急减速工况为例进行分析。

图7 某变速箱的急减速工况油液分布

假设急减速的加速度为a，根据公示转化出的角度为α。首先在变速箱中确认整车姿态的水平面，然后在水平面基础上进行翻转，翻转角度为α，再利用翻转后的平面切割分析模型，留取模型的下半部分。通过调整切割平面的位置，使切割后的模型体积等于分析油量V1，此时所显示的状态即为急减速工况的油液分布状态，如图7所示。

其余工况的分析方法相同，参照此方法继续分析急加速、左转弯、右转弯的油液分布状态。

1.2.5 吸油口位置确认

组合各工况下的油液分布状态，会得到一个油液的公共区域，这个就是静态仿真分析的结果，即吸油口所处的位置，如下所示：

图8 某变速箱的静态仿真结果

2 吸油口位置的动态仿真分析

2.1 概述及原理

吸油口动态仿真分析，是模拟变速箱油液在整车运动过程中的动态变化，通过模拟整车的各个极限运动工况，找出油液始终存在的区域，这个区域即为吸油口的正确位置。

2.2 方法及步骤

2.2.1 输入条件确认

动态仿真更进一步模拟实际工况，需要更多的输入参数，主要包括以下几方面：

（1）整机及所有零部件的数模；

（2）整车的水平姿态及极限工况：

整车的水平姿态是指变速箱在整车水平状态下的姿态；整车的极限工况是指整车在加速、减速、左转弯、右转弯的运动参数曲线（v-t曲线）；

（3）变速箱油液的参数：包括粘度、密度、体积。

2.2.2 建立分析模型

动态仿真分析采用了专用的PreonLab软件，是一种高效快捷的CFD仿真软件。分析模型的建立有如下几个步骤：

图9 旋转部件的定义

（1）导入几何模型：

可直接导入stl格式的几何数模，修改软件相关参数，即可在PreonLab中生成分析所用的几何模型。

（2）定义运动规律：

主要定义内部旋转件的旋转方向以及转速，以及整箱的运动曲线，如图9-10所示。

（3）设置求解器参数

包括设置变速箱油液的参数、运动边界的参数等等。

2.2.3 动态分析及吸油口位置确认

根据已建立的分析模型进行CFD仿真计算，得出动态的油液分布状态，这个就是动态仿真分析的结果，如下所示：

图11 某变速箱的油液动态仿真分析

从动态过程中，截取其中极限状态的油液分布情况，综合所有极限工况，得出一个始终充满油液的区域，这个区域就是吸滤器吸油口的正确位置。

3 吸油口位置的整车验证

整车的验证是吸油口位置确认的最后一个阶段，直接在整车的状态下，进行加速、减速、左右转弯工况的验证。与台架试验相似，同样以液压系统主压力的表现来判断吸滤器是否发生了吸空。

在这个阶段，考察的已不仅仅是吸滤器吸油口的位置，同样还有整机的加油量，软件的策略，整车的驾驶体验等等。

4 总结

在吸滤器吸油口位置分析确认的过程中，这些基于整车应用工况的仿真和试验方法其实是相辅相成的。在设计初期，可以利用静态仿真提供吸油口位置的设计输入；在设计后期，可以通过动态仿真验证吸油口的位置是否合理；在设计试验验证阶段，可以通过台架试验确认吸油口位置；最后直接在整车环境中验证吸油口位置是否满足使用要求。

吸滤器吸油口的位置十分重要，它的合适与否直接影响到液压系统的功能。一个错误的吸油口位置，很有可能导致整个变速箱功能的失效。本文基于整车应用的工况，阐述了如何确认吸滤器吸油口位置，总结了相关仿真和试验的方法，对吸滤器设计及应用的研究具有重要的意义。

[1] 范存德.液压技术手册[M].1版.沈阳:辽宁科学技术出版社,2004.5.

[2] 陆敏恂,李万莉.流体力学与液压传动[M].上海:同济大学出版社, 2006.2.

Analysis of suction port position of transmission suction filter based onvehicle application

Zhang Jing, Yao Meng, Zhang Baoliang, Yang Shixian

( Anhui Jianghuai Automobile Group CO. LTD., Anhui Hefei 230601 )

In the hydraulic system of an automatic transmission, the inlet is usually a suction filter. The oil is filtered through a suction filter and goes downstream. Under normal circumstances, it is necessary to ensure that the hydraulic system cannot take in air after passing through the filter, which places demands on the position of the suction port of the suction filter. This article will be based on the application of the vehicle, from the perspective of simulation and test, how to confirm the position of the suction port of the suction filter.

Suction port position; simulation; Oil level test; application

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1671-7988(2018)22-108-03

U467

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张晶，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.22.038