基于UG 的深溝球軸承參數(shù)化設(shè)計(jì)

陳 麗

（徐州機(jī)電工程高等職業(yè)學(xué)校 江蘇 徐州 221011）

0 引言

滾動(dòng)軸承是廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代機(jī)器中的標(biāo)準(zhǔn)部件之一，該部件的主要功能是用來(lái)支承“軸”部件，使其正常工作，與滑動(dòng)軸承相比，滾動(dòng)軸承具有摩擦阻力小，功率消耗底，容易啟動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)用極為廣泛。

不同結(jié)構(gòu)的軸承具有不同的特點(diǎn)，如外圈帶止動(dòng)圈的深溝球軸承及帶防塵罩的深溝球軸承。目前，國(guó)內(nèi)外滾動(dòng)軸承在品種規(guī)格方面越來(lái)越趨于部件化和標(biāo)準(zhǔn)化。通過(guò)分析知道，深溝球軸承的模型形狀由幾個(gè)主要尺寸參數(shù)驅(qū)動(dòng)，這幾個(gè)主要參數(shù)為軸承打徑，軸承小徑以及軸承寬度，控制模型結(jié)構(gòu)的其余尺寸與這幾個(gè)參數(shù)間有著函數(shù)關(guān)系，所以可以利用UG軟件中參數(shù)化設(shè)計(jì)的功能來(lái)設(shè)計(jì)深溝球軸承的模型結(jié)構(gòu)，當(dāng)我們用到該模型時(shí)，只需對(duì)這些主要參數(shù)進(jìn)行修改，就能再生得到新尺寸下的模型。

UG是一款集CAD/CAM/CAE為一體的全三維參數(shù)化機(jī)械設(shè)計(jì)平臺(tái)，也是當(dāng)今世界廣泛應(yīng)用的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、分析和制造的軟件之一，廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車和造船等領(lǐng)域。UG不僅具有強(qiáng)大的實(shí)體造型、曲面造型、虛擬裝配和工程圖設(shè)計(jì)等功能，還支持參數(shù)化設(shè)計(jì)功能。參數(shù)化設(shè)計(jì)是指產(chǎn)品設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程中，特別是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的初步階段，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，可以利用一組參數(shù)約束該幾何圖形的一組尺寸序列，參數(shù)與設(shè)計(jì)對(duì)象的控制尺寸對(duì)應(yīng)顯示。當(dāng)賦予不同的參數(shù)序列時(shí)，就可以驅(qū)動(dòng)原有幾何模型達(dá)到新的目標(biāo)幾何體，這樣可以完成高效建模和模型修改。

1 軸承設(shè)計(jì)過(guò)程

1.1 主要參數(shù)的確定

由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，確定軸承的主要參數(shù)為軸承外徑（da）、軸承內(nèi)徑（d）、軸承寬度（B）。 深溝球軸承由于使用條件的不同，又可分為深溝球軸承、外圈有止動(dòng)槽深溝球軸承、外圈有止動(dòng)槽且一面帶防塵罩的深溝球軸承、一面或兩面帶防塵罩的深溝球軸承、一面或兩面帶密封圈的深溝球軸承、帶頂絲的外球面深溝球軸承幾種。本文對(duì)軸承結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，只討論既無(wú)防塵罩又無(wú)止動(dòng)槽的深溝球軸承的參數(shù)化設(shè)計(jì)過(guò)程，因此在參數(shù)化設(shè)計(jì)中引入了四個(gè)尺寸控制參數(shù)即：軸承外徑（da）、軸承內(nèi)徑（d）、軸承寬度（B）以及圓角半徑 r。 其圖紙如圖1所示。軸承各尺寸的關(guān)系如表1所示。

表1 深溝球軸承各參數(shù)之間的關(guān)系

圖1 深溝球軸承圖紙

1.2 參數(shù)化設(shè)計(jì)

深溝球軸承由三個(gè)部分組成：軸承內(nèi)圈、軸承外圈和滾動(dòng)體。屬于裝配體參數(shù)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的順序?yàn)閷?duì)三個(gè)零件分別建模。由表1可以確知軸承的自由變化參數(shù)為da、d、B、r，其它參數(shù)都可由這幾個(gè)參數(shù)來(lái)表達(dá)。因此，我們可以利用UG的“表達(dá)式”功能來(lái)管理這些設(shè)計(jì)參數(shù)。另外滾珠的數(shù)量可以使用NX內(nèi)部函數(shù)“ceiling()”來(lái)實(shí)現(xiàn)。表2按照表達(dá)式的四個(gè)要素（名稱、公式、量綱、單位）列出了NX支持的表達(dá)式形式。

表2 UG NX支持的表達(dá)式格式

1.2.1 創(chuàng)建深溝球軸承的模板文件

新建一個(gè)部件bearing.prt，啟動(dòng)建模環(huán)境。

1.2.2 使用“表達(dá)式”功能定義設(shè)計(jì)變量

（1）啟動(dòng)表達(dá)式對(duì)話框：選擇菜單命令“【工具】→【表達(dá)式】”。

（2）創(chuàng)建第一個(gè)設(shè)計(jì)變量：設(shè)置表達(dá)式的“量綱”為“長(zhǎng)度”，單位為“mm”→輸入表達(dá)式的“名稱”為“da”→輸入表達(dá)式的“公式”為“28”→接受表達(dá)式。

圖2 表達(dá)式對(duì)話框

注意：表達(dá)滾珠特征的圓周陣列數(shù)量的變量“n”的量綱為“恒定的”，沒(méi)有“單位”。

（3）按照步驟（2）的方法繼續(xù)創(chuàng)建其他表達(dá)式，結(jié)果如圖2所示。所有表達(dá)式完成后，確定對(duì)話框。

1.2.3 零件建模

（1）選擇旋轉(zhuǎn)特征命令→在旋轉(zhuǎn)對(duì)話框中選擇草圖圖標(biāo)→選擇YC-ZC平面創(chuàng)建草圖→繪制如圖3(a)所示的草圖，注意草圖的尺寸約束全部為輸入公式→完成草圖→單擊MB2→選擇基準(zhǔn)坐標(biāo)系的Y軸為旋轉(zhuǎn)軸→單擊MB2，接受旋轉(zhuǎn)體的缺省參數(shù)，完成如圖所示的結(jié)果。

圖3 創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)特征

圖4 滾珠的創(chuàng)建

（2）創(chuàng)建滾珠的旋轉(zhuǎn)體特征：選擇旋轉(zhuǎn)特征命令→在旋轉(zhuǎn)對(duì)話框中選擇草圖圖標(biāo)→選擇YC-ZC平面創(chuàng)建草圖→繪制如圖4(a)所示的草圖，注意草圖的尺寸約束全部為輸入公式→完成草圖→單擊MB2→選擇基準(zhǔn)坐標(biāo)系的Z軸為旋轉(zhuǎn)軸→單擊MB2，接受旋轉(zhuǎn)體的缺省參數(shù)，完成如圖4(b)所示的結(jié)果。

注意：如果滾珠半徑尺寸為“d4/2”，則其與外部實(shí)體不相交，無(wú)法進(jìn)行布爾運(yùn)算，這樣不能利用“引用功能”完成圓周陣列，所以在此處將其尺寸放大0.01（大于距離公差即可）。

（3）創(chuàng)建布爾運(yùn)算-“求和”：選擇最外側(cè)實(shí)體為目標(biāo)體，選擇其它的實(shí)體作為工具條，創(chuàng)建布爾運(yùn)算-“求和”。

（4）創(chuàng)建滾珠的圓周陣列：選擇“引用”命令圖標(biāo)→選擇“圓周陣列”→選擇生成滾珠的旋轉(zhuǎn)特征進(jìn)行陣列→輸入陣列參數(shù)為“數(shù)量為n，角度為360/n”，選擇基準(zhǔn)坐標(biāo)系的Y軸作為旋轉(zhuǎn)軸，完成圓周陣列的結(jié)果如圖5所示。

圖5 圓周陣列

圖6 圓角后的結(jié)果

（5）創(chuàng)建邊倒圓：以半徑為“r”對(duì)軸承的四條邊緣進(jìn)行圓角處理，其結(jié)果如圖6所示。

（6）保存部件。

2 參數(shù)化的實(shí)現(xiàn)

當(dāng)我們?cè)谘b配體設(shè)計(jì)中使用的軸承零件的尺寸有所變化，這時(shí)只需要打開文件，打開表達(dá)式對(duì)話框在對(duì)話框中輸入新的參數(shù)值，點(diǎn)擊“確定”，即可更新為所需要的零部件。例如在設(shè)計(jì)手冊(cè)上選取一組新的參數(shù)值：軸承大徑為90mm，小徑為50mm，寬度為50mm，邊緣倒圓角半徑為 0.6mm”，在表達(dá)式中輸入這些新的參數(shù)后，部件能夠順利更新，得到一個(gè)新尺寸的深溝球軸承。

3 結(jié)束語(yǔ)

基于UG的深溝球軸承參數(shù)化設(shè)計(jì)，首先確定設(shè)計(jì)的關(guān)鍵尺寸變量，其他尺寸的表達(dá)式都和這些變量相關(guān)，通過(guò)“表達(dá)式”建立零件各個(gè)部分的參數(shù)關(guān)系，從而建立相關(guān)性。當(dāng)零件尺寸的大小發(fā)生改變時(shí)，可以通過(guò)參數(shù)的修改實(shí)現(xiàn)零件的更新，大大節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間，以便實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的系列化和標(biāo)準(zhǔn)化。

［1］宋志國(guó).UG NX 實(shí)例教程.人民郵電出版社，2008.

［2］成大先，等.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).化學(xué)工業(yè)出版社.3 版.1993，5，第 2 卷.

［3］錢可強(qiáng).機(jī)械制圖.中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社.