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基于UG软件的渐开线花键的精确建模毛泽标; 王瑞平; 谭艳军; 傅灵玲【期刊名称】《《汽车零部件》》【年(卷),期】2019(000)009【总页数】3页(P68-70)【关键词】变速器; 渐开线花键; 三维精确建模【作者】毛泽标; 王瑞平; 谭艳军; 傅灵玲【作者单位】宁波上中下自动变速器有限公司浙江宁波315800【正文语种】中文【中图分类】U463.2120 引言随着国内汽车行业的飞速发展，变速器行业得到快速发展。
不管哪种形式的变速箱，渐开线花键在变速器内都得到了大量的应用，渐开线花键具有承载能力大、对中性好、加工效率高等特点，非常适合大批量的产品应用。
尤其是渐开线花键的自定心作用，非常适合应用在传动精度要求较高的汽车变速箱传动装置内。
目前渐开线外花键基本上都是通过轧制或搓齿成型，内花键都是通过成型拉刀拉削成型，生产效率非常高。
但是由于渐开线花键具有复杂的齿廓面，所以在设计和装配时的要求较高。
利用UG等高端三维软件可以建立渐开线花键复杂曲面精确模型。
用精确的模型装配进行干涉和制造上的检查，可以及时发现设计制造中的问题从而进行有效的规避。
大多数的CAD软件，基本上都没有渐开线花键的参数化自动建模工具箱，并且有些工具自带的渐开线花键建模工具也有一定的局限性或建模的精确度不高，故建立的模型是一种非精确的模型。
本文作者基于UG软件提出一种新的直齿渐开线花键的精确建模方法，能够很好地建立精确的直齿渐开线花键模型。
直齿渐开线花键的精确模型的建模思路是：首先利用渐开线函数方程绘制出渐开线曲线，应用平面渐开线在分度圆上的对称性，求出其对称的渐开线。
利用渐开线花键的大小径及齿根圆角形成一个渐开线花键齿的封闭截面，最后利用UG软件的拉伸成型功能形成一个渐开线花键齿，最后通过轴线整列而形成一个完整的渐开线花键。
1 渐开线函数方程当直线BK沿圆周作纯滚动时，直线上的任意点A的轨迹AK就是该圆的渐开线，如图1所示。
(二）花键的规定画法及标注花键是把键直接做在轴上和轮孔上，成一整体。
主要用来传递较大的扭矩。
花键的齿型有矩形和渐开线形等，其中矩形花键应用最广，其结构和尺寸已标准化，下面介绍矩形花键轴及孔的画法及尺寸标注。
1.外花键的画法如图12-14所示。
在平行于外花键轴线的投影面的视图中，大径用粗实线，小径用细实线绘制；并用断面图画出全部或一部分齿型，但要注明齿数；工作长度的终止端和尾部长度的末端均用细实线绘制，并与轴线垂直；尾部则画成与轴线成30度的斜线；花键代号应写在大径上。
图12-142.内花键的画法在平行于花键投影的轴线上的剖视图中，大径及小径都用粗实线绘制；并用局部视图画出全部或一部分齿形，图12-15所示。
图12-153.花键连接的画法。
用剖视表示花键连接时，其连接部分用花键轴的画法表示，如下图所示。
图12-164.花键的标注。
花键标注的方法有两种：一种是在图上标出公称尺寸D （大径），d（小径）,b（键宽）和z（齿数）等（图12-14，12-15)；另一种是用代号标柱：Z-dxDxb，如图12-16所示。
两种标柱形式都需标出花键的工作长度（L）。
二、销销在机器中，可起定位与连接作用。
常用的销有圆柱销和圆锥销等。
开口销要与六角开槽螺的模型。
销的规定标记如示例：销 GB/T 119.1 10h8×60 表示公称直径d=10、公差为h8，公称长度L=60，材料为钢，不淬火，销GB/T 117 10×60 表示公称直径d=10，长度L=60，材料为35钢，热处理硬度为HR销GB/T 91 5×50 表示公称规格d=5，公称长度L=50，材料为Q235，不经表面处理的实际最大直径为4.6mm，最小直径为4.4mm。
图12-17 定位销第三节滚动轴承滚动轴承是支承轴的部件，主要由内圈、外圈、滚动体、保持架组成，按其在工作中承受的力不同可以分为：向心轴承、推力轴承、向心推力轴承，如表7-3所示。
渐开线内花键参数1. 渐开线简介渐开线是一种特殊的曲线，它的特点是在任意一点上，其切线与该点到一个定点的连线垂直。
渐开线常用于设计机械传动装置中的齿轮、花键等部件。
2. 花键简介花键是一种常见的连接方式，用于将两个部件固定在一起，并传递转矩和扭矩。
它通常由一个凹槽和一个凸起的部分组成。
3. 渐开线内花键参数渐开线内花键是一种特殊类型的花键，其参数需要根据具体应用进行设计。
以下是一些常见的渐开线内花键参数：3.1 花键长度（L）花键长度指的是花键凸起部分的长度。
它通常根据连接部件的要求来确定。
较长的花键可以提供更大的连接面积，从而增加连接强度。
3.2 花键高度（H）花键高度指的是花键凸起部分与连接面之间的垂直距离。
它通常根据连接部件之间所需承受转矩和扭矩的大小来确定。
较高的花键可以提供更大的力矩传递能力。
3.3 花键宽度（W）花键宽度指的是花键凹槽部分的宽度。
它通常根据连接部件之间所需承受转矩和扭矩的大小来确定。
较宽的花键可以提供更大的力矩传递能力。
3.4 渐开线参数（a、b）渐开线内花键的凸起部分和凹槽部分都遵循渐开线曲线。
渐开线曲线由两个参数a 和b来决定，其中a表示凸起部分与连接面之间的距离，b表示曲线与连接面之间的夹角。
4. 渐开线内花键设计步骤设计渐开线内花键时，需要按照以下步骤进行：4.1 确定连接部件首先要确定需要连接的两个部件，并了解其所需承受的转矩和扭矩大小。
4.2 确定花键长度和高度根据连接部件之间所需承受转矩和扭矩大小，确定花键长度和高度。
一般情况下，较长且较高的花键可以提供更大的连接强度和力矩传递能力。
4.3 确定花键宽度根据连接部件之间所需承受转矩和扭矩大小，确定花键宽度。
较宽的花键可以提供更大的力矩传递能力。
4.4 确定渐开线参数根据所选用的渐开线内花键类型，确定渐开线参数a和b。
这些参数决定了凸起部分和凹槽部分的形状。
4.5 绘制图纸根据已确定的参数，使用CAD软件或手工绘图工具绘制渐开线内花键的图纸。
度压力角渐开线花键设计公式
在设计渐开线花键时，压力角是一个重要的参数。
压力角是指花键工
作时，压力线与法线之间的夹角。
理想情况下，压力角应该尽量小，以减
小花键的开端载荷和磨损。
度压力角渐开线花键设计公式通过考虑压力角
的变化，以获得更好的性能。
1.渐开线参数计算：
首先，需要确定渐开线的参数。
渐开线参数包括宽度系数b和压力角theta。
宽度系数b是花键的一个尺寸参数，用于确定花键的宽度。
一般来说，宽度系数取值范围为0.1到0.5之间。
压力角theta是花键工作时花键压力面与法线之间的夹角。
压力角的
取值范围一般为10度到30度之间。
2.渐开线花键尺寸计算：
渐开线花键尺寸计算主要包括花键长度L和端面半径R。
花键长度L是花键的一个重要尺寸参数，用于确定花键的长短。
L = (1+3b)*d / (2*tan(theta))
其中，d为花键的直径。
端面半径R是花键的一个尺寸参数，用于确定花键的强度。
端面半径
的计算公式如下：
R=d/6
其中，d为花键的直径。
综上所述，度压力角渐开线花键设计公式主要包括渐开线参数计算和渐开线花键尺寸计算两个部分。
通过这些公式，可以根据需要设计出满足特定要求的渐开线花键。
在实际应用中，还需要考虑其他因素，如载荷、材料强度等，并进行合理的工程设计。
齿轮的加工一般是仿型铣，就是一个蜗杆状的道具切割，虽然在SW中可以用这样的方式生成，但如果不是用于运动分析就没必要这样做，本题因为要手工制作齿轮，所以仍然要把轮廓画出来，以方便打印成1:1图纸，然后描在木板等毛坯料上手工切割出齿轮。
思路：1、先生成齿根圆以内的部分，这个容易，画个圆拉伸下就行了。
2、生成一个齿，这个的难点主要在于渐开线的绘制。
渐开线可以用SW中方程式驱动的曲线来绘制，但是SW中给出的方程是垂直坐标系，而教科书上给的是极坐标系。
这个转化还是很简单的啦。
渐开线的极坐标方程：
R=r/cosα，θ=tanα–α，这里R是极坐标中的曲线上任意一点的半径，θ是任意一点的角度，α是圆形成渐开线时展开的角度，r是基圆半径，很容易理解的。
转化成垂直坐标系也很容易的。
任意一点的X=R*sinθ，Y=R*cosθ。
带入公式就得，这个α就是SW中的参数t，带入公式得：
X=r/cos(t)*sin(tan(t)-t) Y= r/cos(t)*cos(tan(t)-t)
很简单吧。
有了渐开线，根据齿厚和齿顶圆分度圆等数值就能生成一个齿了。
3、根据预先计算好的齿数阵列。
步骤一：
准备工作，首先根据教科书计算各种参数，模数、齿数、分度圆直径等根据需要预先设定，其中模数非常重要，可以根据计算出来的齿厚略微调整。
根据教科书用excel计算很方便。
本例以下表大齿轮为例。
步骤2：生成齿根圆以内的毛坯：
步骤3：制作1个齿
1：在前视基准面上绘制草图，点击方程式驱动的曲线，按图输入方程式及参数，右侧就出现渐开线预览画面，因为t是弧度，所以大概设定区间是0至1。
2:绘制分度圆和齿顶圆：
3：这一步比较重要哦。
首先随意在刚形成的渐开线的右边画一根过基圆圆心的参考线，然后把刚才的渐开线以此参考线为轴镜像，然后将分度圆和齿顶圆裁剪掉多余的部分，然后添加约束，使剩余弧线的端点位于渐开线上，然后标注齿厚（就是分度圆上那段弧长，弧长的标注见SW帮助）并将其修改为3.14，然后将参考线约束竖直。
最后将渐开线和分度圆更改为构造线。
3：这样基本齿廓就有了，为了保留渐开线的参考价值及顺利成行，曲面光滑，我们用样条曲线描出齿廓。
其中基圆至齿根圆的部分也过渡一下。
然后镜像，并封闭草图。
拉伸之后一
个齿廓就形成了。
步骤四：阵列：。
