1. 简介

双离合自动变速器因其具有动力不中断、换挡平顺等多项技术优势被各大厂商广泛使用[1]。变速器箱体内部有多个传动轴、齿轮和轴承相互摩擦，因此需要对高摩擦区域持续进行冷却润滑。对于不能直接接触机油的区域，通常采用喷油管进行喷射润滑。Abaqus作为被广泛使用的有限元分析软件，可以仿真计算结构强度、接触关系等方面问题[2]。本文采用了Abaqus软件模拟喷油嘴过盈装配过程。

2. 分析模型

2.1 装配模型

某型双离合变速器轴承孔端盖分布有两条润滑油通道，在各轴承对应位置开孔并压装喷油嘴，通过喷油嘴喷射变速器机油对轴承进行冷却润滑。喷油嘴名义直径为 5mm，与端盖安装孔直径方向上过盈量为 4 至 17μm，最大压装深度为 5.5mm，模型如图 1 所示。端盖为铸造铝合金件，喷油嘴材料为 10 号钢，各部件材料参数如表 1 所示。

图 1. 装配示意图.

表 1.材料参数表.

装配过程中端盖应力很有可能会超过材料屈服点，为提高分析精度，同时考虑计算效率，分析时增加铝合金材料的拉伸塑性曲线数据。本文中铝合金材料实测拉伸应力应变曲线如图2所示。

图 2. 铝合金拉伸塑性曲线.

2.2 有限元模型

在进行有限元计算前，需对分析模型进行网格离散化前处理。本次分析中，喷油嘴为轴对称结构，采用一阶六面体网格划分，平均尺寸控制在0.5 mm左右，周向一圈分布24个节点。根据圣维南原理，截取喷油嘴安装孔附近40 mm*40 mm端盖模型进行分析，并采用二阶四面体网格划分。安装孔周围网格需细化，平均尺寸控制在0.5 mm左右。安装孔局部程轴对称特点，将周向节点分布与喷油嘴周向节点分布调整为共节点，并控制附近生成环状分布网格。网格模型示意图如图3所示。

图 3. 有限元模型示意图

3. 分析结果

分别用最小过盈量模型和最大过盈量模型进行计算，用最小过盈量模型结果评估喷油嘴是否有滑脱风险，用最大过盈量模型结果评估端盖强度，每个分析中分析时间步长均为0.05，一个时间步长内压装深度为 0.275 mm。由于考虑了材料塑性影响，且喷油嘴压装过程中位移较大，计算中需要将非线性 NLGEOM 功能打开。

3.1 端盖强度

图 4 为最大过盈量模型在不同压装深度时，端盖应力云图。在压装过程中，端盖受力均匀，程环状分布。压装 0.275 mm 时，端盖最大应力为 107.4 MPa。压装 0.76 mm 时，端盖最大应力为 99.3 MPa。压装 2.20 mm 时，端盖最大应力为 82.5 MPa。压装 3.025 mm时，端盖最大应力为 84.6 MPa。压装 4.06 mm 时，端盖最大应力为 83.7 MPa。压装 5.5mm 时，端盖最大应力为 86.5 MPa。在压装初始阶段，端盖与喷油嘴刚刚形成过盈关系，端盖应力较大，当压装到 0.76 mm 后，端盖应力范围基本维持不变，局部应力与压装深度没有关系。

图 4. 最大过盈量、不同压装深度时，端盖应力云图.

图 5 为最大过盈量模型在不同压装深度时，装配模型截面应力云图。由图可以看出，随压装深度增大，端盖和喷油嘴受力范围逐渐变大，喷油嘴头部附近区域应力稍大，远离头部区域端盖和喷油嘴应力大小分布基本相同。喷油嘴压装过程中收到挤压，喷油嘴中心区域应力大于外部区域。

图 5. 最大过盈量、不同压装深度时，截面应力云图

3.2 喷油嘴滑脱

最小过盈量模型在不同压装深度时，喷油嘴与端盖接触压力如图 6 所示。压装 0.275mm 时，喷油嘴与端盖平均接触压力为 35.6 MPa。压装 0.76 mm 时，喷油嘴与端盖平均接

触压力为 32.1 MPa。压装 2.20 mm 时，喷油嘴与端盖平均接触压力为 24.8 MPa。压装3.025 mm 时，喷油嘴与端盖平均接触压力为 22.9 MPa。压装 4.06 mm 时，喷油嘴与端盖平均接触压力为 23.0 MPa。压装 5.5 mm 时，喷油嘴与端盖平均接触压力为 23.2 MPa。随着压装深度增加，喷油嘴与端盖接触面积不断增加，在压装初始阶段，端盖与喷油嘴刚刚形成过盈关系，端盖与喷油嘴接触压力较大，当压装到 0.76 mm 后，端盖与喷油嘴接触压力基本维持不变，接触压力与压装深度没有关系。

图 6 最小过盈量、不同压装深度时，喷油嘴接触压力云图

喷油嘴截面形状如图 7 中红色部分所示，油道内最大油压为 2.0 MPa，截面积等于12.57 mm2 ，则喷油嘴承受最大机油作用力为 25.14 N。当压装 5.5 mm 后，喷油嘴与端盖接触面积为 80.7 mm2，平均接触压力为 23.2 MPa，喷油嘴与端盖接触面摩擦系数考虑为0.15，则喷油嘴与端盖间摩擦力为 280.8 N。由于喷油嘴与端盖间摩擦力远远大于机油对喷油嘴的作用力，所以压装后喷油嘴滑脱风险低。

图 7 图片标签实例.

4. 结论

本文使用 Abaqus 软件模拟双离合自动变速器中金属端盖过盈装配喷油嘴瞬态过程，主要结论如下：

（1）过盈装配过程中，端盖安装座区域应力沿周向均匀分布，在压装初始阶段端盖应力较大，随压装深度增加，受力范围逐渐增大，端盖应力稍减小，且维持不变。

（2）喷油嘴压装初始阶段与端盖接触压力较大，随压装深度增加，接触压力降低，接触范围增大，但接触压力基本维持不变。

（3）本文过盈装配分析中，端盖应力小于材料抗拉强度，端盖强度合格。喷油嘴与端盖摩擦力远远大于油压作用力，喷油嘴没有滑脱风险。

资料来源：达索官方