本文探討研究了傳動軸實體在GearTrax和Solidworks下的造型設計相關內容。

　　引言

　　漸開線花鍵副在機械傳動系統中應用廣泛。設計中必須合理選擇各參數以保證齒面具有足夠的強度和剛度，從而實現傳動的平穩性、可靠性。現階段通常借助于有限元方法，運用CAD/CAE模塊進行輔助設計和力學、運動、動力學分析。精確的三維實體模型是實現正確分析的前提。當前流行的三維設計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接口來完成[1]，實現起來費時費力，需要設計人員掌握專業的計算機程序語言。如果能結合第三方插件和三維設計軟件共同完成造型過程，將會提高設計效率。

　　1 漸開線內花鍵傳動軸實體造型方法

　　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注)。

圖1 傳動軸零件圖

　　Solidworks軟件是三維造型方面極具權威的軟件，但是對于齒輪、花鍵方面的建模必須采用VBA接口作為開發工具，造型繁瑣。某些文獻[2]也曾經討論以CAXA配合Solidworks的方法來完成造型，但是經過反復試驗發現：CAXA中集成的齒輪圖素設定壓力角為20°，對于常規30°壓力角的花鍵而言，沒有相關的設置可供調整。經反復試驗，可采用GearTrax插件配合Solidworks軟件共同完成建模過程。在GearTrax中通過設置漸開線齒面相關參數獲得一個正確的齒形，然后將設置好的齒形參數導入Solidworks中[3]，通過陣列特征生成完整齒廓曲線。并在此基礎上通過疊加或者切除的方式生成傳動軸的其他特征。

　　2 漸開線齒廓曲線的創建

　　運行GearTrax軟件，在圖2所示界面中，選定Splines選項卡，表示創建花鍵。打開"Spine Size"標簽右側下拉菜單，選定模數m，此處根據零件圖選為m=2;選定齒數z=28;壓力角為30°;在"創建"標簽下的三個圖形中選擇"畫花鍵套"按鈕;在"齒根和匹配"選項中，選擇間隙類型為齒側間隙;上述設置完成以后，軟件根據設定參數自動計算出了"Spline Data"標簽下的所有數據。設置無誤的情況下，這些數據都應該和零件圖標注的數據是完全吻合的。點擊"Hide"按鈕，在界面左下角直觀的生成了齒形廓線，并且標注了相應的尺寸。

圖2 GearTrax建立內花鍵

　　3 傳動軸的實體造型過程

　　3.1單個齒形的創建

　　在圖2界面中，復核各項參數正確以后，點擊"完成"按鈕，程序將自動啟動Solidworks軟件，并產生單個齒形，此時內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動，參照圖1所示零件圖尺寸進行更改，單齒模型如圖3。

圖3 單齒模型

　　3.2完整齒廓的創建

　　對圖3中的單個齒形以圓心為軸進行實例數為28的圓周陣列，得到圖4所示的完整花鍵齒形。

圖4 內花鍵完整模型

　　3.3傳動軸其余特征的創建[4]

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

圖5 成形后傳動軸模型

　　4 該造型方法的優缺點

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

　　不足之處：建模過程中，不能由我們靈活控制各個特征生成的先后順序。常規的軸類零件，我們通常采用旋轉拉伸的方式建模，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，不符合常規方式Solidworks建模"隨心所欲，靈活多樣"的特點，故此對于整個模型生成過程來說局限性比較大，要求機械設計工程師事前做好規劃，而且建模的順序基本上是唯一的。

　　5 結語

　　GearTrax和Solidworks軟件無縫結合，為齒輪、花鍵類零件的三維實體造型提供了一種精確可靠的方法，為后續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械行業的設計工程師，必須開闊思路，廣泛涉獵最前沿的設計類軟件，多進行嘗試，在任何難題面前我們終能找到"捷徑"，完成快速高效的設計、制造任務。