基于UG的直齒圓柱齒輪軸三維造型設(shè)計(jì)

摘 要：本文介紹了齒輪軸應(yīng)用場合及作用，分析了齒輪軸的三維造型設(shè)計(jì)的重要意義，利用UG的實(shí)體建模功能和特征建模功能完成齒輪軸三維造型設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：UG；齒輪軸

齒輪傳動(dòng)具有工作可靠、壽命長，傳動(dòng)平穩(wěn)、傳動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)，在我們生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用十分廣泛。在生活實(shí)踐中，有些齒輪為適應(yīng)工作需要，齒數(shù)要求非常少，造成齒輪的徑向尺寸與軸非常接近，如果不把齒輪與軸制成一體，齒輪的強(qiáng)度和軸的強(qiáng)度和剛度就滿足不了，為此，把齒輪與軸做成一體，就成了齒輪軸。比如，變速箱或齒輪箱都是降速升扭矩的，為了減少變速箱的體積、重量，所以輸入軸上的主動(dòng)輪應(yīng)該選用最小的齒數(shù)，而齒數(shù)少，則齒輪徑向尺寸就小，將軸與齒輪制成一體可以滿足齒輪的強(qiáng)度又可以滿足軸的強(qiáng)度和剛度。

本例利用UG軟件的功能對齒輪軸進(jìn)行造型設(shè)計(jì)的意義：1）為同系列的漸開線圓柱齒輪軸的快速成型提供一種手段；2）為漸開線圓柱齒輪軸的應(yīng)力應(yīng)變分析、數(shù)控加工提供一種較精確的實(shí)體模型；3）為齒輪軸的失效分析提供基礎(chǔ)模型。

1 漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪軸造型思路

在齒輪軸的三維造型設(shè)計(jì)中，輪齒的造型應(yīng)該是最困難的，在本例中，輪齒曲線UG提供的規(guī)律曲線來完成，通過使用規(guī)律函數(shù)漸開線的表達(dá)式來生成樣條線，即漸開線，修剪齒頂圓、基圓，形成漸開線齒廓曲線，拉伸生成輪齒，復(fù)制輪齒生成齒輪所有輪齒；拉伸齒根圓生成圓柱；進(jìn)行布爾運(yùn)算生成齒輪；利用凸臺和槽命令完成齒輪軸及軸上槽的三維設(shè)計(jì)。

2 漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪軸造型設(shè)計(jì)

2.1漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪軸的輪齒生成

1）建立漸開線的表達(dá)式。用記事本建立漸開線的表達(dá)式。

2）生成漸開線及各個(gè)圓。首先，選擇工具—表達(dá)式，選擇從文件導(dǎo)入表達(dá)式，選擇chilun.exp ；接著新建圖層，點(diǎn)擊插入—曲線—規(guī)律曲線，在彈出的規(guī)律曲線對話框中，選擇根據(jù)函數(shù)，參數(shù)t，函數(shù)xt ok；同理完成其余操作；然后點(diǎn)擊點(diǎn)構(gòu)造器按鈕，選坐標(biāo)原點(diǎn)，生成如圖2所示漸開線；再以原點(diǎn)為圓心，以db、droot、d、dtop為直徑繪制基圓、齒根圓、分度圓和齒頂圓。

3）修剪漸開線，生成漸開線齒廓。在“基本曲線” 對話框中單擊 “修剪”按鈕，選擇漸開線，對漸開線進(jìn)行修剪操作。

4）繪制直線，移動(dòng)對象。繪制直線，第一點(diǎn)選擇分度圓與漸開線的交點(diǎn)，第二點(diǎn)選擇原點(diǎn)。在編輯菜單欄中選擇“移動(dòng)對象”，在彈出的對話框中選擇 “角度變換”。選擇剛繪制的直線，矢量選擇+ZC，軸點(diǎn)選相對原點(diǎn)，角度6.68，“結(jié)果”選擇“復(fù)制原先的”，數(shù)字均為1。 “確定”后單擊通過一直線鏡像，再單擊復(fù)制所得的直線，結(jié)果如圖3。

5）拉伸生成輪齒。在彈出的拉伸對話框中，設(shè)置方向zc，高24，選擇修剪好的輪廓線，在編輯菜單欄中，選擇“移動(dòng)對象”，在新的對話框中選擇剛剛生成的齒廓， “運(yùn)動(dòng)”選擇角度，制定矢量為zc，指定軸點(diǎn)選坐標(biāo)原點(diǎn)，角度為360/14，結(jié)果選復(fù)制原先的，非關(guān)聯(lián)本數(shù)14，確認(rèn)后結(jié)果如圖4，將齒形輪廓與圓柱體布爾求和，這樣齒輪就完成了。

2.2漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪軸的生成

1）生成齒輪軸。設(shè)置新圖層，單擊 “特征”工具欄中的 “凸臺”按鈕，端面為放置平面，設(shè)置凸臺參數(shù)， “確定”后，定位選擇點(diǎn)到點(diǎn)，使凸臺的中心與實(shí)體圓柱端面邊緣線中心重合，單擊“確定”按鈕。同理，在另一端面創(chuàng)建各個(gè)凸臺。

2）生成溝槽。分別沿各個(gè)凸臺的內(nèi)邊緣線位置創(chuàng)建溝槽。在“特征”工具欄中的 “槽”按鈕，槽類型為矩形，選擇凸臺圓柱面為放置平面，設(shè)置各個(gè)溝槽直徑和寬度，定位選擇凸臺內(nèi)緣線和矩形槽的上表面邊緣線距離為0， 點(diǎn)擊“確定”后，生成各個(gè)溝槽。

3）細(xì)節(jié)處理。在“特征”工具欄中中分別單擊 “倒角”和 “圓角” 按鈕，設(shè)置參數(shù)為1，進(jìn)行倒角 和圓角操作。

4）鍵槽及螺紋生成。移動(dòng)工作坐標(biāo)系到適當(dāng)位置，創(chuàng)建“基準(zhǔn)平面”，設(shè)置新圖層，單擊“特征”工具欄中的 “鍵槽”按鈕，選擇U型鍵槽，放置平面為剛剛創(chuàng)建的基準(zhǔn)平面，接受默認(rèn)邊，槽寬為5，深為1，拐角半徑為0.1，長度20 ，選擇定位方式后，生成鍵槽。

單擊“特征”工具欄中的 ““螺紋”命令，螺紋類型為詳細(xì)的，選擇圓柱面為加工螺紋面，確認(rèn)后，結(jié)果如圖5。

3 結(jié)論

齒輪軸的三維造型設(shè)計(jì)分為兩大步：第一步是輪齒造型，用規(guī)律曲線生成輪齒的齒廓，利用鏡像和修剪命令完成整個(gè)齒廓造型，拉伸生成單個(gè)輪齒，陣列完成整個(gè)輪齒的造型，這一步利用實(shí)體造型來完成；第二步利用特征造型來完成造型的：利用 “凸臺”和 “槽”完成臺階軸及其上溝槽、鍵槽的快速成型，利用“螺紋”命令，完成螺紋的造型。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉偉.UG NX8中文版從入門到精通[M].北京：人民郵電出版社，2012.

[2] 朱慕潔.Pro/ENGINEER Wildfire 5.0模具設(shè)計(jì)實(shí)例教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013.

作者簡介：

李倩（1975-），女，河南周口人，碩士，講師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)及理論。