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传动轴实体在GearTrax和Solidworks下的造型设计

时间:2011-01-17 来源:网络

本文探讨研究了传动轴实体在GearTrax和Solidworks下的造型设计相关内容。

  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)。

传动轴零件图

图1 传动轴零件图

  Solidworks软件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Solidworks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Solidworks软件共同完成建模过程。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Solidworks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。

GearTrax建立内花键

图2 GearTrax建立内花键

  3 传动轴的实体造型过程

  3.1单个齿形的创建

  在图2界面中,复核各项参数正确以后,点击"完成"按钮,程序将自动启动Solidworks软件,并产生单个齿形,此时内孔和渐开线齿形是符合图纸的,而外径尺寸必须使用尺寸驱动,参照图1所示零件图尺寸进行更改,单齿模型如图3。

单齿模型

图3 单齿模型

  3.2完整齿廓的创建

  对图3中的单个齿形以圆心为轴进行实例数为28的圆周阵列,得到图4所示的完整花键齿形。

内花键完整模型

图4 内花键完整模型

  3.3传动轴其余特征的创建[4]

  参照零件图所示各部位置,以生成好的内花键为基准,沿轴向向左右两侧做多次拉伸、切除特征操作,中间穿插倒角、圆角特征。最后建立辅助基准面,并通过切除特征生成键槽,完成后的实体模型如图5所示。

成形后传动轴模型

图5 成形后传动轴模型

  4 该造型方法的优缺点

  从上述传动轴的造型过程可以发现,GearTrax和Solidworks软件之间做到了无缝连接,不需要象常规软件那样,借助中间交换文件IGES等格式进行二者之间格式的转换,故而可以最大程度的"保真",保证数字信息不丢失,为后续有限元分析提供最精确的三维实体模型。

  不足之处:建模过程中,不能由我们灵活控制各个特征生成的先后顺序。常规的轴类零件,我们通常采用旋转拉伸的方式建模,但这里无能为力,只能分段叠加完成。而且不能从轴的某一端起步顺次叠加。必须首先利用GearTrax生成花键,然后通过向花键两端叠加或切割的方式生成剩余部分,不符合常规方式Solidworks建模"随心所欲,灵活多样"的特点,故此对于整个模型生成过程来说局限性比较大,要求机械设计工程师事前做好规划,而且建模的顺序基本上是唯一的。

  5 结语

  GearTrax和Solidworks软件无缝结合,为齿轮、花键类零件的三维实体造型提供了一种精确可靠的方法,为后续的有限元分析正确性提供了保证。建模过程也启示我们从事机械行业的设计工程师,必须开阔思路,广泛涉猎最前沿的设计类软件,多进行尝试,在任何难题面前我们终能找到"捷径",完成快速高效的设计、制造任务。