一、 前言

　　某輪式工程機(jī)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(dòng)路線是液壓式傳動(dòng)形式。發(fā)動(dòng)機(jī)輸出通過(guò)主油泵再傳送到左右行駛馬達(dá)，通過(guò)馬達(dá)軸驅(qū)動(dòng)平衡箱里的齒輪，從而驅(qū)動(dòng)車(chē)輪行駛。

　　后橋架連在車(chē)架上，馬達(dá)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(dá)把平衡箱與后橋架連為一體，車(chē)輪裝在平衡箱上。如果箱體的強(qiáng)度不夠，發(fā)生變形，就會(huì)導(dǎo)致馬達(dá)軸與齒輪軸不同心。此時(shí)馬達(dá)軸受力很大，馬達(dá)軸花鍵容易磨損(圖3)，嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致馬達(dá)軸斷裂。

　　本文對(duì)平衡箱體進(jìn)行有限元分析，得出結(jié)論，然后根據(jù)分析的結(jié)果對(duì)平衡箱體進(jìn)行加強(qiáng)改進(jìn)設(shè)計(jì)。

　　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(shí)，內(nèi)外軸承座單元尺寸按15mm劃分，其余按30mm劃分。總節(jié)點(diǎn)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(jī)重量按15.2t計(jì)算，沖擊載荷按1.5倍計(jì)算，對(duì)車(chē)輪軸進(jìn)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(diǎn)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(gè)點(diǎn)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(dá)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(jī)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(jìn)方案設(shè)計(jì)

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

　　對(duì)4種改進(jìn)方案分別進(jìn)行分析，加載與約束方式不變，評(píng)價(jià)齒輪軸馬達(dá)花鍵嚙合區(qū)域左右兩點(diǎn)在方向上的位移，結(jié)果如表2所示。

　　通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)：C方案，加下筋板方案對(duì)評(píng)價(jià)值影響最大;A 方案，加厚連接板方案對(duì)評(píng)價(jià)影響忽略不計(jì)。因此，去掉A方案，對(duì)B、C和D方案進(jìn)行組合分析計(jì)算，如表3所示。發(fā)現(xiàn)B+C+D方案對(duì)評(píng)價(jià)值影響最大，齒輪軸馬達(dá)花鍵嚙合處左點(diǎn)方向位移為：-0.066mm，右點(diǎn)方向位移為：-0.164mm。可考慮用此方案加強(qiáng)箱體，減少齒輪軸馬達(dá)花鍵嚙合區(qū)域位移。綜上得出的改進(jìn)方案如圖12 所示。

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