渐开线内花键传动轴实体造型

    0   引言

    渐开线花键副在机械传动系统中应用广泛。设计中必须合理选择各参数以保证齿面具有足够的强度和刚度，从而实现传动的平稳性、可靠性。现阶段通常借助于有限元方法，运用CAD/CAE模块进行辅助设计和力学、运动、动力学分析。精确的三维实体模型是实现正确分析的前提。当前流行的三维设计软件都没有提供直接生成渐开线花键特征的功能，一般需要靠软件提供的二次开发接口来完成[1]，实现起来费时费力，需要设计人员掌握专业的计算机程序语言。如果能结合第三方插件和三维设计软件共同完成造型过程，将会提高设计效率。

    1   渐开线内花键传动轴实体造型方法

    所需完成造型的零件如图1所示(为了叙述花键造型过程，省去了其余尺寸的标注)。

    图1  传动轴零件图

    是三维造型方面极具权威的软件，但是对于齿轮、花键方面的建模必须采用VBA接口作为开发工具，造型繁琐。某些文献[2]也曾经讨论以CAXA配合的方法来完成造型，但是经过反复试验发现：CAXA中集成的齿轮图素设定压力角为20°，对于常规30°压力角的花键而言，没有相关的设置可供调整。经反复试验，可采用GearTrax插件配合共同完成建模过程。在GearTrax中通过设置渐开线齿面相关参数获得一个正确的齿形，然后将设置好的齿形参数导入中[3]，通过阵列特征生成完整齿廓曲线。并在此基础上通过叠加或者切除的方式生成传动轴的其他特征。

    2   渐开线齿廓曲线的创建

    运行GearTrax软件，在图2所示界面中，选定Splines选项卡，表示创建花键。打开"Spine Size"标签右侧下拉菜单，选定模数m，此处根据零件图选为m=2；选定齿数z=28；压力角为30°；在"创建"标签下的三个图形中选择"画花键套"按钮；在"齿根和匹配"选项中，选择间隙类型为齿侧间隙；上述设置完成以后，软件根据设定参数自动计算出了"Spline Data"标签下的所有数据。设置无误的情况下，这些数据都应该和零件图标注的数据是完全吻合的。点击"Hide"按钮，在界面左下角直观的生成了齿形廓线，并且标注了相应的尺寸。

    图2  GearTrax建立内花键

    3   传动轴的实体造型过程