一篇文章教会你渐开线花键设计、建模及制图
一篇文章教会你渐开线花键设计、建模及制图
渐开线花键是机械传动领域中一种重要的零件，它具有高扭矩传递能力、精度高、可轴向滑动等特点，在汽车、机械、航空航天等领域有着广泛的应用。本文将详细介绍渐开线花键的设计原理、建模过程以及工程制图方法，帮助读者掌握这一重要机械零件的制造技术。
1. 花键的基本概念及应用领域
花键是一种机械传动元件，通常用于传递旋转运动和扭矩。它由一系列均匀分布的键齿组成，这些键齿沿着轴的圆周方向排列。
花键的主要特点包括：
- 高扭矩传递能力：花键的键齿可以提供较大的接触面积，从而能够传递更高的扭矩。
- 精度和可靠性：花键的键齿形状和尺寸精度高，能够确保传动的精度和可靠性。
- 可轴向滑动：花键可以在轴向上滑动，这使得花键连接具有一定的轴向调节能力。
- 容易装配和拆卸：花键的键齿设计使得装配和拆卸更加容易，方便维护和更换。
花键常用于汽车、机械、航空航天等领域，如汽车变速箱、传动轴、机床主轴等都可能使用花键来实现动力传递。根据形状和齿形的不同，花键可以分为矩形花键、渐开线花键、三角形花键等多种类型。
在设计和制造机械传动装置时，渐开线花键是一种非常重要的零件。它可以实现高精度的传动，并且具有耐磨、强度高的特点。在这篇文章中，我们将介绍渐开线花键的设计、建模和制图过程。
花键的标准有很多，国内最常用的是GBT3478和德标DIN5480/5482。这里以GB/T3478中模数为3，齿数为27的30°圆齿根渐开线花键为例，讲述一下花键的尺寸计算及建模过程。
图 1-1 30°圆弧齿根渐开线花键齿形
2. 花键尺寸计算
- 齿数：z=27
- 模数：m=3
- 齿距：p=pi()*m=9.425
- 分度圆弧齿厚：S=0.5*p=4.7124
- 实际齿厚最小值：Smin=S-(T+λ)=S-0.139
- 压力角：α=30°
- 花键分度圆直径：d=m*z=81
- 花键基圆直径：db=d*cos(α)=83.1384
- 系数：Cf=0.1*m=0.3
- 外花键大径：Dee=m*(z+1)=99
- 外花键小径：Die=m*(z-1.8)=90.6
- 齿根圆角半径：ρfe=0.4*m=1.2
3. UG建模过程
3.1. 将上述计算过程输入到UG表达式中，如下图：
图 3-1 外花键参数化建模表达式
3.2. 创建规律曲线
图 3-2 创建渐开线曲线
3.3. 创建单个花键齿
这里包括齿根圆、分度圆、齿顶圆，其中需要约束分度圆上的弧齿厚等于Smin
拉伸轮廓，创建单个齿形，如下：
图 3-3 创建渐开线齿廓
图 3-4 拉伸创建单个花键齿
3.4. 阵列创建其他花键齿
数量选择“公式”→“Z(花键齿数)”
图 3-5 阵列剩余花键齿
3.5. 以花键齿根圆为外径，创建拉伸创建一个圆柱体
图 3-6 创建外花键内部圆柱体
3.6. 将轮齿与圆柱体合并为一个体
图 3-7 合并花键齿与圆柱体
3.7. 创建其他相关结构
最终完成花键如下图所示
图 3-8 外花键最终模型
4. 内花键
内花键的创建方法大致相同，其基本参数如下：
图 4-1 内花键参数化建模表达式
最后模型如下图所示：
图 4-2 内花键最终模型
5. 花键工程制图
内外花键的工程制图如下，供参考：
图 5-1 外花键工程图纸
图 5-2 内花键工程图纸
机械设计的内容讲解到此结束，欢迎各位进行补充。