基于整车应用的变速箱吸滤器吸油口位置分析

王璐

摘要：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。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。

关键词：整车应用;变速箱吸滤器吸;油口位置

自动变速箱中吸油过滤器吸油口处无法吸入足够的油液，将导致液压系统的主油路压力发生较大的波动，无法提供的足够压力来满足档位的切换以及离合器的接合/释放等。正确的吸油口位置需要保证变速箱在油液面发生变化（上下坡、左右转弯、急加速、急减速等工况）时，吸油口均位于油液面以下，能够为液压系统提供足够的油液，防止压力不足引起的功能失效，如动力不足、动力中断等。

1吸油口位置的静态仿真分析

1.1概述及原理

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。

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）。

（2）曲面結合

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，

（3）曲面切除及建立分析模型

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。

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：

（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;

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。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。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，

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：

（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。

（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動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：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试验验证

完成吸油口位置设计后，通过整箱台架及整车道路试验进行进一步设计验证。

3.1整箱台架试验

利用倾斜翻转台架，将整箱前、后、左、右翻转不同角度，实现油位的倾斜状态，控制台架电机输入转速，对不同温度、转速以及倾斜角度下的系统主油路压力进行采集监测。对各工况下采集到的主油路压力进行分析，若主油路压力波动均在满足系统要求的波动范围内，即表示各倾斜工况均能够吸入足够的油液用于建立系统压力，否则表示吸入空气。

3.2整车道路试验

吸油口位置的整车验证，整车的验证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。

为了保证整车形式过程中，在各种极限工况下均不会产生吸入空气的现象，整车道路试验按照以下工况进行：试验过程中采集包括车速，油门开度，刹车开度，整车温度以及整车加速度等信号，在加减速过程中尽可能快，使整车达到较大加速度，即保证油液变化幅度尽可能大。对各工况下的试验数据进行分析，判断速度突变即油液面发生剧烈变化过程中，液压系统主油路压力波动量是否在正常波动范围内，超出正常范围即表示吸入空气导致无法提供足够油液建立系统压力。

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。

参考文献：

[1]李成.CATIAV5从入门到精通.人民邮电出版社.

[2]詹熙达.CATIAV5R20曲面设计实例精解.机械工业出版社.

（作者单位：阜新德尔汽车部件股份有限公司）