本文探討研究了傳動(dòng)軸實(shí)體在GearTrax和Solidworks下的造型設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容。

　　引言

　　漸開線花鍵副在機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。設(shè)計(jì)中必須合理選擇各參數(shù)以保證齒面具有足夠的強(qiáng)度和剛度，從而實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的平穩(wěn)性、可靠性?，F(xiàn)階段通常借助于有限元方法，運(yùn)用CAD/CAE模塊進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)和力學(xué)、運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力學(xué)分析。精確的三維實(shí)體模型是實(shí)現(xiàn)正確分析的前提。當(dāng)前流行的三維設(shè)計(jì)軟件都沒有提供直接生成漸開線花鍵特征的功能，一般需要靠軟件提供的二次開發(fā)接口來完成[1]，實(shí)現(xiàn)起來費(fèi)時(shí)費(fèi)力，需要設(shè)計(jì)人員掌握專業(yè)的計(jì)算機(jī)程序語(yǔ)言。如果能結(jié)合第三方插件和三維設(shè)計(jì)軟件共同完成造型過程，將會(huì)提高設(shè)計(jì)效率。

　　1 漸開線內(nèi)花鍵傳動(dòng)軸實(shí)體造型方法

　　所需完成造型的零件如圖1所示(為了敘述花鍵造型過程，省去了其余尺寸的標(biāo)注)。

圖1 傳動(dòng)軸零件圖

　　Solidworks軟件是三維造型方面極具權(quán)威的軟件，但是對(duì)于齒輪、花鍵方面的建模必須采用VBA接口作為開發(fā)工具，造型繁瑣。某些文獻(xiàn)[2]也曾經(jīng)討論以CAXA配合Solidworks的方法來完成造型，但是經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：CAXA中集成的齒輪圖素設(shè)定壓力角為20°，對(duì)于常規(guī)30°壓力角的花鍵而言，沒有相關(guān)的設(shè)置可供調(diào)整。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，可采用GearTrax插件配合Solidworks軟件共同完成建模過程。在GearTrax中通過設(shè)置漸開線齒面相關(guān)參數(shù)獲得一個(gè)正確的齒形，然后將設(shè)置好的齒形參數(shù)導(dǎo)入Solidworks中[3]，通過陣列特征生成完整齒廓曲線。并在此基礎(chǔ)上通過疊加或者切除的方式生成傳動(dòng)軸的其他特征。

　　2 漸開線齒廓曲線的創(chuàng)建

　　運(yùn)行GearTrax軟件，在圖2所示界面中，選定Splines選項(xiàng)卡，表示創(chuàng)建花鍵。打開"Spine Size"標(biāo)簽右側(cè)下拉菜單，選定模數(shù)m，此處根據(jù)零件圖選為m=2;選定齒數(shù)z=28;壓力角為30°;在"創(chuàng)建"標(biāo)簽下的三個(gè)圖形中選擇"畫花鍵套"按鈕;在"齒根和匹配"選項(xiàng)中，選擇間隙類型為齒側(cè)間隙;上述設(shè)置完成以后，軟件根據(jù)設(shè)定參數(shù)自動(dòng)計(jì)算出了"Spline Data"標(biāo)簽下的所有數(shù)據(jù)。設(shè)置無誤的情況下，這些數(shù)據(jù)都應(yīng)該和零件圖標(biāo)注的數(shù)據(jù)是完全吻合的。點(diǎn)擊"Hide"按鈕，在界面左下角直觀的生成了齒形廓線，并且標(biāo)注了相應(yīng)的尺寸。

圖2 GearTrax建立內(nèi)花鍵

　　3 傳動(dòng)軸的實(shí)體造型過程

　　3.1單個(gè)齒形的創(chuàng)建

　　在圖2界面中，復(fù)核各項(xiàng)參數(shù)正確以后，點(diǎn)擊"完成"按鈕，程序?qū)⒆詣?dòng)啟動(dòng)Solidworks軟件，并產(chǎn)生單個(gè)齒形，此時(shí)內(nèi)孔和漸開線齒形是符合圖紙的，而外徑尺寸必須使用尺寸驅(qū)動(dòng)，參照?qǐng)D1所示零件圖尺寸進(jìn)行更改，單齒模型如圖3。

圖3 單齒模型

　　3.2完整齒廓的創(chuàng)建

　　對(duì)圖3中的單個(gè)齒形以圓心為軸進(jìn)行實(shí)例數(shù)為28的圓周陣列，得到圖4所示的完整花鍵齒形。

圖4 內(nèi)花鍵完整模型

　　3.3傳動(dòng)軸其余特征的創(chuàng)建[4]

　　參照零件圖所示各部位置，以生成好的內(nèi)花鍵為基準(zhǔn)，沿軸向向左右兩側(cè)做多次拉伸、切除特征操作，中間穿插倒角、圓角特征。最后建立輔助基準(zhǔn)面，并通過切除特征生成鍵槽，完成后的實(shí)體模型如圖5所示。

圖5 成形后傳動(dòng)軸模型

　　4 該造型方法的優(yōu)缺點(diǎn)

　　從上述傳動(dòng)軸的造型過程可以發(fā)現(xiàn)，GearTrax和Solidworks軟件之間做到了無縫連接，不需要象常規(guī)軟件那樣，借助中間交換文件IGES等格式進(jìn)行二者之間格式的轉(zhuǎn)換，故而可以最大程度的"保真"，保證數(shù)字信息不丟失，為后續(xù)有限元分析提供最精確的三維實(shí)體模型。

　　不足之處：建模過程中，不能由我們靈活控制各個(gè)特征生成的先后順序。常規(guī)的軸類零件，我們通常采用旋轉(zhuǎn)拉伸的方式建模，但這里無能為力，只能分段疊加完成。而且不能從軸的某一端起步順次疊加。必須首先利用GearTrax生成花鍵，然后通過向花鍵兩端疊加或切割的方式生成剩余部分，不符合常規(guī)方式Solidworks建模"隨心所欲，靈活多樣"的特點(diǎn)，故此對(duì)于整個(gè)模型生成過程來說局限性比較大，要求機(jī)械設(shè)計(jì)工程師事前做好規(guī)劃，而且建模的順序基本上是唯一的。

　　5 結(jié)語(yǔ)

　　GearTrax和Solidworks軟件無縫結(jié)合，為齒輪、花鍵類零件的三維實(shí)體造型提供了一種精確可靠的方法，為后續(xù)的有限元分析正確性提供了保證。建模過程也啟示我們從事機(jī)械行業(yè)的設(shè)計(jì)工程師，必須開闊思路，廣泛涉獵最前沿的設(shè)計(jì)類軟件，多進(jìn)行嘗試，在任何難題面前我們終能找到"捷徑"，完成快速高效的設(shè)計(jì)、制造任務(wù)。