一、 前言

　　某輪式工程機械采用雙后橋，其結(jié)構(gòu)采用后橋架加平衡箱的結(jié)構(gòu)形式(圖1)。平衡箱里有齒輪起到減速增扭的作用，其傳動路線是液壓式傳動形式。發(fā)動機輸出通過主油泵再傳送到左右行駛馬達，通過馬達軸驅(qū)動平衡箱里的齒輪，從而驅(qū)動車輪行駛。

　　后橋架連在車架上，馬達軸的外花鍵與平衡箱齒輪軸的內(nèi)花鍵相嚙合(圖2)。行駛馬達把平衡箱與后橋架連為一體，車輪裝在平衡箱上。如果箱體的強度不夠，發(fā)生變形，就會導(dǎo)致馬達軸與齒輪軸不同心。此時馬達軸受力很大，馬達軸花鍵容易磨損(圖3)，嚴重會導(dǎo)致馬達軸斷裂。

　　本文對平衡箱體進行有限元分析，得出結(jié)論，然后根據(jù)分析的結(jié)果對平衡箱體進行加強改進設(shè)計。

　　二、 平衡箱體有限元分析

　　1. 建立有限元分析模型

　　建立分析模型，如圖4和圖5所示。劃分網(wǎng)格時，內(nèi)外軸承座單元尺寸按15mm劃分，其余按30mm劃分。總節(jié)點數(shù)共175 572，總單元數(shù)92 495。內(nèi)外軸承座材料為ZG235—450，其余為Q345。

　　2.加載方式及約束條件

　　(1)加載情況。

　　整機重量按15.2t計算，沖擊載荷按1.5倍計算，對車輪軸進行受力分析。其中B、C處加軸承載荷127 970N，D、E 處加軸承載荷88 868N，如圖6所示。

　　(2)約束情況。

　　如圖6所示，A點約束方式為固定。

　　三、平衡箱體有限元結(jié)果分析

　　1.求解

　　求出內(nèi)外軸承座安裝面上A～H等8個點在Y和Z方向上的位移，如圖7、圖8和表1 所示。

　　2.結(jié)果

　　作圖得出馬達與花鍵套嚙合區(qū)域左端Y方向位移為-0.317mm，右端為-0.668mm，如圖9所示。

　　3.結(jié)論

　　平衡箱承受整機15.2t 重量，考慮1.5倍沖擊載荷，忽略軸承座變形的情況下，齒輪軸花鍵套端面向下位移量為0.668mm。

　　四、箱體結(jié)構(gòu)改進方案設(shè)計

　　基于整機結(jié)構(gòu)與齒輪的約束，設(shè)計4種方案加強平衡箱。原始模型如圖10所示。改進方案如圖11 所示。

　　對4種改進方案分別進行分析，加載與約束方式不變，評價齒輪軸馬達花鍵嚙合區(qū)域左右兩點在方向上的位移，結(jié)果如表2所示。

　　通過分析發(fā)現(xiàn)：C方案，加下筋板方案對評價值影響最大;A 方案，加厚連接板方案對評價影響忽略不計。因此，去掉A方案，對B、C和D方案進行組合分析計算，如表3所示。發(fā)現(xiàn)B+C+D方案對評價值影響最大，齒輪軸馬達花鍵嚙合處左點方向位移為：-0.066mm，右點方向位移為：-0.164mm。可考慮用此方案加強箱體，減少齒輪軸馬達花鍵嚙合區(qū)域位移。綜上得出的改進方案如圖12 所示。

　　至此，平衡箱體加強改進結(jié)構(gòu)完成，經(jīng)論證符合要求。