某混動AT變速器的密封與殼體應力分析

拜鼎邦，劉路，馮浩成，侯旭輝，嚴思敏

（1.西安法士特汽車傳動有限公司法士特汽車傳動工程研究院，陜西 西安 710100；2.陜西汽車控股集團有限公司技術中心，陜西 西安 710200）

引言

變速箱殼體是變速器系統的重要組成部分，箱體承受較大載荷并產生較大的變形和應力[1]。變速器的各軸均通過軸承支撐在箱體上，因此箱體的受力變形對變速器工作的可靠性和壽命有較大影響；殼體間由密封墊密封，防止流動介質泄露。因此需要對變速器殼體的密封與殼體的強度進行可靠性驗證。本文使用hypermesh、abaques軟件對相關信息進行前處理、數據輸入及結果提取，輸出的結果信息對零件受壓力、應力的狀況有了直觀表達，通過對得出數據的分析確認設計是否合理，以及在此基礎上進行設計優化。

1 建模及參數確認

1.1 結構分析

本文混動 AT變速器結構為：前殼通過與 P2外殼通過16個M10螺栓連接，P2外殼與主殼通過22個M8螺栓連接。根據法士特標準，M10螺栓擰緊力矩為55 Nm，M8螺栓為28 Nm；擰緊系數0.24，M10螺栓預緊力為22.92 KN，M8螺栓預緊力為14.58 KN。單元類型：堅固零件用C3D10M單元，密封墊用GK3D6N/GK3D8N單元。

圖1 變速器結構圖

前殼與P2殼側：M10螺栓與前殼軸向連接，μ=0.15；水套與 P2殼螺紋約束；前殼與密封墊 1軸向連接，μ=0.15；M8螺栓與水套軸向連接，μ=0.15。

P2殼與主殼側：M8螺栓與水套軸向連接，μ=0.15；法蘭與 P2殼軸向連接，μ=0.15,0.071間隙；P2殼與密封墊 2軸向連接，μ=0.15；M8螺栓與主殼螺紋約束，主殼與密封墊2軸向連接，μ=0.15。

1.2 約束的建立

動力傳遞形式：發動機、電機動力輸入，變速箱后部動力輸出；假設沿軸向（X向）的旋轉約束位于兩側，意味著電機和變速箱內的扭矩都會對兩側有反作用力[2]。該分析著重于P2殼強度和密封墊密封的分析，載荷可由電機定子施加反作用力矩、制動器2施加反作用力矩給主殼。其中，電機定子通過水套表面分布的耦合要素施加反作用力矩，B2制動器通過耦合元件施加反作用力矩于摩擦片安裝區域。

質量詳細信息：電機定子配合模塊25.90 kg，電動泵1.78 kg，閥板總成7.31 kg，油底殼1.77 kg，主殼內部模塊42.59 kg。

1.3 加載情況

T1為電機扭矩；B2為制動器扭矩；Fv為電磁力。加載情況檢驗表如下：

表1 加載情況檢驗

1.4 材料特性

材料特性如下所示：

表2 材料特性

圖2 密封墊壓力-壓縮量曲線

2 結果輸出及數據分析[3]

2.1 殼體密封

（1）密封墊 1-載荷示例（壓力單位：bar）分析工具為Abaqus v2018，如下圖所示：

圖3 密封墊1-載荷示例

小結：在所有密封面上均保持正接觸壓力，低風險。

（2）密封墊2-載荷示例（壓力單位：bar），如下圖所示：

圖4 密封墊2-載荷示例

密封墊1-載荷示例小結：大部分密封表面上保持有接觸壓力，但有處接觸壓力相對較低；密封面兩邊都有一處壓力為0。

（3）密封墊2-最大接觸開口如下圖所示：

圖5 密封墊2-最大接觸開口

小結：接觸開口最大為加載情況2：螺栓預緊+熱裝；最大間隙為8.5 um，但在相鄰腔室沒有油，因此泄露風險不大。

2.2 殼體應力分布[4]

2.2.1 P2殼拉應力示例

圖6 P2殼壓應力示例

小結：殼體相關區域應力均低于殼體材料的拉伸屈服應力。

2.2.2 P2殼壓應力示例

圖7 P2殼壓應力示例

小結：殼體相關區域應力均低于殼體材料的壓縮屈服應力。

3 結果分析

3.1 密封結論

（1）各種加載情況下，大部分密封面上保持有壓力，證明低泄露風險。

（2）預計在一小區域出現結合面開口，但該區域相鄰處沒有油，因此不存在密封風險。

3.2 殼體應力結論

在加載情況 2、9、10、11、12、13、14 時，有螺栓孔周圍存在高應力區域。區域小、應力不高的風險較小，風險較大的通過設計更新解決，設計更新后仍存在很小區域應力超材料屈服應力，但由于面積小且位于邊緣故風險較小。

3.3 總結

（1）在第一輪分析中，預測了殼體上的五個特征，壓力較高區域超過殼體的屈服極限，其中三處被認為具有高風險，并進行了設計修改。

（2）該分析中的應力結果表明，設計修改后臨界區的高應力已成功降低，在一些小區域仍觀察到屈服，但是由于區域小應力大小有限，他們被認為是低風險區。綜上所述，修改后的密封墊的密封性能通過，P2殼體的強度通過。

4 結論

文章使用abaqus軟件對某混動AT變速器殼體的密封與應力進行了模擬分析，利用輸出云圖對殼體的密封和殼體強度進行了評估，識別了風險點并對如何優化提供了方向，優化后的結構再次進行分析，滿足了設計要求。快速、準確地發現并解決了變速器可能出現的故障，保證了AT變速器的品質。