知识目标：
1、能描述齿轮传动轴产品结构特点及特征。
2、能说出草图的矩形、圆弧、直线、倒圆角等草图绘制工具的使用方法。
3、能说明草图及拉伸特征创建的步骤和条件。
技能目标：
1、能根据 齿轮传动轴图纸和实物图片准确分析产品结构特征。
2、能使用草图的矩形、圆弧、直线、倒圆角及尺寸约束完成特征轮廓线的创建。
3、能使用拉伸工具完成齿轮传动轴外型特征的创建。
思政目标：
1、能根据工作任务要求进行任务分析，养成细致分析的职业习惯。
2、能坚持独立完成齿轮传动轴的三维设计任务，树立吃苦耐劳的劳动精神。
3、能阅读交流齿轮传动轴设计与制造流程的相关素材，感悟精益求精的工匠精神。
任务背景：
齿轮轴是用于支承转动零件并通过齿形结构传递运动、扭矩或弯矩的机械零件。根据大量的出土文物和史书记载，我国是开发应用齿轮轴最早的国家之一，例如东汉张衡（公元78～139年）制作的水运浑象,以漏水为动力，通过齿轮系统，使浑象每日等速地绕轴旋转一周。三国时期魏明帝青龙三年（235）由马钧创造的指南车，是一种马拉的双轮独辕车，车箱上立一伸臂的木人。车箱内装有能自动离合的齿轮系，除有齿轮传动外，还有离合装置。而国外关于齿轮开始使用的记载，最早在公元前400～200年代，说明我国的齿轮开发应用发展水平已领先世界。
图1 指南车
在齿轮传动轴出现之前，机械传动系统依赖于更简单的结构，如带和滑轮。随着人类制造业的发展，特别是18世纪和19世纪的工业革命，从手工劳动向机械化过程的革命性转变催生了对高效、精确、持续性动力传输的需求。金属制作的齿轮传动系统应运而生，满足了工业制造从一个组件向另一个组件快速传递能量的需求。齿轮传动轴一般由转轴和齿轮组成，这些组件能够平稳、精确地传递动力，确保机械运行流畅，无论是在汽车、工业机械还是家用电器中，齿轮传动轴都在转换旋转运动和传递扭矩方面发挥着至关重要的作用。
1、齿轮传动轴的功能
齿轮传动轴的核心功能是将动力从一个源头（如发动机或电动机）传递到另一个组件（如车轮或传送带）。齿轮系统通过不同齿形的齿轮相互作用来实现这一点。当两个齿轮啮合时，一个齿轮的旋转运动被传递到另一个齿轮，导致扭矩的传递。齿轮的大小和排列决定了输入和输出之间的速度比，从而实现对连接组件的旋转速度和扭矩的精确控制。
图2 齿轮减速箱
2、齿轮传动轴结构特点
（1）几何结构和齿形
齿轮传动轴一般整体为阶梯圆柱状，轴上有齿状特征，各轴段可根据需求设置不同的直径和长度。齿轮轴是轴和齿轮合成一个整体的，但在设计时，应尽量缩短轴的长度，太长了不利于上滚齿机加工，二是轴的支撑太长会导致轴要加粗而增加机械强度（如刚性、挠度、抗弯等）。
图3 常见齿轮轴几何结构和不同类型齿形
齿轮的齿形轮廓和排列，对齿轮传动轴的效率至关重要。不同类型的齿轮，如直齿轮、斜齿轮和锥齿轮，展现出直接影响动力传输方式的独特几何特征。齿轮齿的形状和大小以及啮合角度决定了运动的平滑程度、载荷分布和整体效率。通过采用不同类型的齿轮，如直齿轮用于简单传动，斜齿轮用于平稳运行，涡轮齿轮用于改变传动方向，工程师可以设计出能够在满足特定应用需求的系统。
（2）材料选择：
齿轮传动轴的设计始于对材料的仔细选择，考虑到强度、耐久性和抗磨损等因素。常见的材料包括合金钢、不锈钢和碳钢，根据应用的具体要求选择。热处理工艺常用于提高材料的机械性能，确保轴在不同工作条件下的最佳性能。
（3）载荷计算
轴的几何外形尺寸需要根据使用载荷条件进行精确的计算和校核，确保轴能够承受所施加的载荷，而不会屈服或断裂。关键尺寸主要包括轴的直径、长度、横截面形状和材料分布，工程师使用计算三维软件CAE工具和模拟分析齿面的应力分布，确保齿轮传动轴的可靠性和寿命,以满足特定应用的需求。
（4）精度和公差：
齿轮在齿轮传动轴上的精确定位对于避免因不对齐而引起的磨损和噪音等问题至关重要。在制造过程中，工程师遵循严格的公差标准，确保齿轮的无缝啮合。先进的加工和检测技术，如数控加工和齿轮滚刀，有助于在齿轮制造过程中实现所需的精度。
齿轮轴的几何和结构设计的联系使齿轮传动轴能够适应多种工作条件。无论是在高速应用、大负荷环境还是扭矩要求变化的情况下，几何和结构特征的综合影响确保齿轮传动轴在不同场景中的最佳性能。
引导问题1：
请结合以上任务背景材料，写出齿轮轴有哪些结构特征？对应的特征工具是什么？
引导问题2：
通过对任务背景及任务书的分析，你认为该产品有哪些结构特征？对应的特征工具是什么？（可以用思维导图进行分析）
根据以上分析，你认为该产品的三维建模需要哪些步骤？请把你的计划写出来。
在做完计划之后，请严格执行工作计划，主动完成任务。在任务实施过程中，做好每个步骤的记录可以随时检查出现的问题，请根据你的实施过程填写下表。
操作视频在学习过程中可先按照工作过程的示范性操作进行训练，也可在操作过程中根据自己的具体情况参考关键步骤的做法。
表2 任务操作流程示范
知识点1 圆柱齿轮特征
（1）圆柱齿轮的类型
圆柱齿轮广泛应用于传动机构中，主要用于传递两轴之间的运动和动力。它是通过轮齿的啮合来实现传动要求的，相比带轮、摩擦传动等传动机构，其传动比稳定、工作可靠、效率高、寿命更长，适用的直径、圆周速度和功率范围广。
圆柱齿轮根据轮齿的方向，主要分为直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮，根据配合类型又分为内啮合及外啮合两个子类型。
图4 圆柱齿轮分类
（2）圆柱齿轮特征的创建
根据齿轮的成型原理，其齿廓采用渐开线齿形制，因此圆柱齿轮又称为渐开线齿轮。渐开线外啮合齿轮的主要参数如下图所示：
图5 圆柱齿轮主要参数
标准渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数是模数、齿数、压力角，其余参数都可通过公式计算，传统的圆柱齿轮建模需要创建渐开线齿形轮廓，再进行拉伸。而NX软件的GC齿轮工具集成了齿轮的参数设置，通过输入基本参数自动生成三维齿轮特征，极大的提升齿轮建模工作效率。
NX渐开线直齿轮特征工具的一般使用步骤为：选择创建齿**作→指定齿轮类型及加工方式→输入齿轮名称以及参数→选择齿面垂直方向→指定齿面中心点→生成齿轮特征。如果需要进行齿轮啮合，也需要根据齿轮工具的齿轮啮合进行操作。
注意：每一个窗口设置完成之后均需要确认，才能进入下一个设置界面。
图6 渐开线直齿轮特征工具
>>圆柱直齿轮特征操作视频：
知识点2：轴类表面上的环形沟槽
（1）环形沟槽类型及功能区别
轴类零件上的环形沟槽有多种类型，如退刀槽、越程槽、卡簧槽等，这些沟槽在轴类零件上各有其特定的用途：
退刀槽：主要用于在车削或铣削等加工过程中，为刀具提供一个退出的空间，避免刀具在退出时划伤零件表面。它能够确保刀具能够顺利、安全地退出，提高加工质量和效率。
越程槽：通常用于某些特定的加工过程中，例如磨削，使刀具能够越过零件的某一表面，以便于后续的加工或去除余料。越程槽的设计能够确保刀具在加工过程中的稳定性和精度。
卡簧槽：专门用于安装卡簧，卡簧是一种用于限制轴类零件轴向移动的紧固件。卡簧槽能够提供足够的空间来容纳卡簧，并确保卡簧能够稳定地安装在轴上，从而有效地限制轴的轴向移动，提高轴的稳定性。
图7 环形沟槽类型
（2）沟槽类特征创建
NX环形槽特征工具
定义了三种常用的槽形状（包括矩形、球形、U形），特征操作步骤为：选择槽形状类型→指定槽创建的圆柱面→设置槽的直径及宽度参数→槽定位的参考对象（先选参考边再选定位边）→指定定位距离（参考边与定位边的距离）→生成槽特征。
注意：每一个窗口设置完成有需要确定按钮的，要先点击确定才能进入下一个设置界面。
图8 矩形槽设置步骤
知识点3 镜像特征
当建模对象有重复的多个特征，且特征之间有对称关系，则建模过程可利用镜像特征工具完成重复特征的创建，如下图所示。
图9 对称特征（齿轮两侧倒角）
NX镜像特征工具
可添加与其他特征或与放置在镜像平面另一面的可比较位置上的类似特征对称的特征，其操作步骤为：选择要镜像的特征（可选多个）à指定镜像平面（若是没有需要的平面，则要通过基准平面创建工具进行创建）à预览镜像结果à确定。
图10 对称特征工具操作步骤
上例中，镜像平面为轴段的中位面，那么可以通过二等分平面创建类型，分别选择轴段的两个侧面即可快速获得需要的中间平面，平面由带有半透明颜色的矩形区域显示。
图11 二等分平面创建
其他常用基准平面的类型和创建方法可参考下表内容说明。
表3 常用基准平面
“一份耕耘、一分收获！”，相信你在前面的工作实施中付出的诸多努力，会带来丰富的收获，当然你也遇到了许多考验，请你根据下面的任务报告书呈现你的工作成果，并对工作过程中困扰你的问题（如：产品分析问题、特征操作错误等）进行总结，为下次更好的完成任务做好准备。
专业技能、职业素养和思政素质是一个人职业生涯成败的关键因素，本次工作任务的评价按照学习任务综合评价表的内容进行，请你按照表中的评价条目及标准客观地完成对自己和其他同学的任务评价。
“评价不是为了证明,而是为了改进”，希望你能通过评价发现自己的优劣势，在以后的工作中不断改进，成为“更好的自己”。
任务总结：
本次建模任务的产品对象为齿轮传动轴，其外形特征为旋转结构，基本组成是阶梯轴段和圆柱直齿轮，因此建模思路可先要先通过旋转特征工具创建其阶梯轴段，再利用直齿轮特征工具创建圆柱直齿。另外，要注意轴面环形沟槽的特征一般不用在旋转特征草图里面绘制，而是直接使用环形槽工具快速创建。
（思维导图）
你的经验总结(可在下面增加你的总结内容)
拓展任务：
“学无止境，挑战自我”，请根据本次所学知识和技能，完成以下拓展任务。
齿轮轴除了传动的常规功能，还可用于增压，例如齿轮泵，齿轮泵体内腔容纳一对齿轮，当驱动齿轮轴逆时针带动从动齿轮顺时针方向转动时，这对传动齿轮的啮合下腔空间压力降低而产生局部真空，低压油在大气压力作用下进入泵的吸油口。随着齿轮的转动，齿槽中的油不断被带至上边的压油口，把高于油压出。请结合本次任务的技能经验，搜集相关资料，制定工作计划，创建齿轮泵驱动轴的三维模型，外型可参考下图中的产品样式和规格标准，并提交设计资料（包括三维模型、渲染效果图、设计说明等）。
图12 齿轮泵主动齿轮图纸
