基于UG的直齿圆柱齿轮轴三维造型设计

摘 要：本文介绍了齿轮轴应用场合及作用，分析了齿轮轴的三维造型设计的重要意义，利用UG的实体建模功能和特征建模功能完成齿轮轴三维造型设计。

关键词：UG；齿轮轴

齿轮传动具有工作可靠、寿命长，传动平稳、传动效率高等优点，在我们生产实践中应用十分广泛。在生活实践中，有些齿轮为适应工作需要，齿数要求非常少，造成齿轮的径向尺寸与轴非常接近，如果不把齿轮与轴制成一体，齿轮的强度和轴的强度和刚度就满足不了，为此，把齿轮与轴做成一体，就成了齿轮轴。比如，变速箱或齿轮箱都是降速升扭矩的，为了减少变速箱的体积、重量，所以输入轴上的主动轮应该选用最小的齿数，而齿数少，则齿轮径向尺寸就小，将轴与齿轮制成一体可以满足齿轮的强度又可以满足轴的强度和刚度。

本例利用UG软件的功能对齿轮轴进行造型设计的意义：1）为同系列的渐开线圆柱齿轮轴的快速成型提供一种手段；2）为渐开线圆柱齿轮轴的应力应变分析、数控加工提供一种较精确的实体模型；3）为齿轮轴的失效分析提供基础模型。

1 渐开线标准直齿圆柱齿轮轴造型思路

在齿轮轴的三维造型设计中，轮齿的造型应该是最困难的，在本例中，轮齿曲线UG提供的规律曲线来完成，通过使用规律函数渐开线的表达式来生成样条线，即渐开线，修剪齿顶圆、基圆，形成渐开线齿廓曲线，拉伸生成轮齿，复制轮齿生成齿轮所有轮齿；拉伸齿根圆生成圆柱；进行布尔运算生成齿轮；利用凸台和槽命令完成齿轮轴及轴上槽的三维设计。

2 渐开线标准直齿圆柱齿轮轴造型设计

2.1渐开线标准直齿圆柱齿轮轴的轮齿生成

1）建立渐开线的表达式。用记事本建立渐开线的表达式。

2）生成渐开线及各个圆。首先，选择工具—表达式，选择从文件导入表达式，选择chilun.exp ；接着新建图层，点击插入—曲线—规律曲线，在弹出的规律曲线对话框中，选择根据函数，参数t，函数xt ok；同理完成其余操作；然后点击点构造器按钮，选坐标原点，生成如图2所示渐开线；再以原点为圆心，以db、droot、d、dtop为直径绘制基圆、齿根圆、分度圆和齿顶圆。

3）修剪渐开线，生成渐开线齿廓。在“基本曲线” 对话框中单击 “修剪”按钮，选择渐开线，对渐开线进行修剪操作。

4）绘制直线，移动对象。绘制直线，第一点选择分度圆与渐开线的交点，第二点选择原点。在编辑菜单栏中选择“移动对象”，在弹出的对话框中选择 “角度变换”。选择刚绘制的直线，矢量选择+ZC，轴点选相对原点，角度6.68，“结果”选择“复制原先的”，数字均为1。 “确定”后单击通过一直线镜像，再单击复制所得的直线，结果如图3。

5）拉伸生成轮齿。在弹出的拉伸对话框中，设置方向zc，高24，选择修剪好的轮廓线，在编辑菜单栏中，选择“移动对象”，在新的对话框中选择刚刚生成的齿廓， “运动”选择角度，制定矢量为zc，指定轴点选坐标原点，角度为360/14，结果选复制原先的，非关联本数14，确认后结果如图4，将齿形轮廓与圆柱体布尔求和，这样齿轮就完成了。

2.2渐开线标准直齿圆柱齿轮轴的生成

1）生成齿轮轴。设置新图层，单击 “特征”工具栏中的 “凸台”按钮，端面为放置平面，设置凸台参数， “确定”后，定位选择点到点，使凸台的中心与实体圆柱端面边缘线中心重合，单击“确定”按钮。同理，在另一端面创建各个凸台。

2）生成沟槽。分别沿各个凸台的内边缘线位置创建沟槽。在“特征”工具栏中的 “槽”按钮，槽类型为矩形，选择凸台圆柱面为放置平面，设置各个沟槽直径和宽度，定位选择凸台内缘线和矩形槽的上表面边缘线距离为0， 点击“确定”后，生成各个沟槽。

3）细节处理。在“特征”工具栏中中分别单击 “倒角”和 “圆角” 按钮，设置参数为1，进行倒角 和圆角操作。

4）键槽及螺纹生成。移动工作坐标系到适当位置，创建“基准平面”，设置新图层，单击“特征”工具栏中的 “键槽”按钮，选择U型键槽，放置平面为刚刚创建的基准平面，接受默认边，槽宽为5，深为1，拐角半径为0.1，长度20 ，选择定位方式后，生成键槽。

单击“特征”工具栏中的 ““螺纹”命令，螺纹类型为详细的，选择圆柱面为加工螺纹面，确认后，结果如图5。

3 结论

齿轮轴的三维造型设计分为两大步：第一步是轮齿造型，用规律曲线生成轮齿的齿廓，利用镜像和修剪命令完成整个齿廓造型，拉伸生成单个轮齿，阵列完成整个轮齿的造型，这一步利用实体造型来完成；第二步利用特征造型来完成造型的：利用 “凸台”和 “槽”完成台阶轴及其上沟槽、键槽的快速成型，利用“螺纹”命令，完成螺纹的造型。

参考文献：

[1] 刘伟.UG NX8中文版从入门到精通[M].北京：人民邮电出版社，2012.

[2] 朱慕洁.Pro/ENGINEER Wildfire 5.0模具设计实例教程[M].北京：电子工业出版社，2013.

作者简介：

李倩（1975-），女，河南周口人，硕士，讲师，研究方向：机械设计及理论。