基于UG 的深溝球軸承參數化設計

陳 麗

（徐州機電工程高等職業學校 江蘇 徐州 221011）

0 引言

滾動軸承是廣泛應用于現代機器中的標準部件之一，該部件的主要功能是用來支承“軸”部件，使其正常工作，與滑動軸承相比，滾動軸承具有摩擦阻力小，功率消耗底，容易啟動，結構緊湊等優點，因此應用極為廣泛。

不同結構的軸承具有不同的特點，如外圈帶止動圈的深溝球軸承及帶防塵罩的深溝球軸承。目前，國內外滾動軸承在品種規格方面越來越趨于部件化和標準化。通過分析知道，深溝球軸承的模型形狀由幾個主要尺寸參數驅動，這幾個主要參數為軸承打徑，軸承小徑以及軸承寬度，控制模型結構的其余尺寸與這幾個參數間有著函數關系，所以可以利用UG軟件中參數化設計的功能來設計深溝球軸承的模型結構，當我們用到該模型時，只需對這些主要參數進行修改，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化機械設計平臺，也是當今世界廣泛應用的計算機輔助設計、分析和制造的軟件之一，廣泛應用于航空、航天、汽車和造船等領域。UG不僅具有強大的實體造型、曲面造型、虛擬裝配和工程圖設計等功能，還支持參數化設計功能。參數化設計是指產品設計的整個過程中，特別是產品設計的初步階段，對于標準化結構的產品，可以利用一組參數約束該幾何圖形的一組尺寸序列，參數與設計對象的控制尺寸對應顯示。當賦予不同的參數序列時，就可以驅動原有幾何模型達到新的目標幾何體，這樣可以完成高效建模和模型修改。

1 軸承設計過程

1.1 主要參數的確定

由機械設計手冊可知，確定軸承的主要參數為軸承外徑（da）、軸承內徑（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、外圈有止動槽深溝球軸承、外圈有止動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。本文對軸承結構進行簡化，只討論既無防塵罩又無止動槽的深溝球軸承的參數化設計過程，因此在參數化設計中引入了四個尺寸控制參數即：軸承外徑（da）、軸承內徑（d）、軸承寬度（B）以及圓角半徑 r。 其圖紙如圖1所示。軸承各尺寸的關系如表1所示。

表1 深溝球軸承各參數之間的關系

圖1 深溝球軸承圖紙

1.2 參數化設計

深溝球軸承由三個部分組成：軸承內圈、軸承外圈和滾動體。屬于裝配體參數化設計，設計的順序為對三個零件分別建模。由表1可以確知軸承的自由變化參數為da、d、B、r，其它參數都可由這幾個參數來表達。因此，我們可以利用UG的“表達式”功能來管理這些設計參數。另外滾珠的數量可以使用NX內部函數“ceiling()”來實現。表2按照表達式的四個要素（名稱、公式、量綱、單位）列出了NX支持的表達式形式。

表2 UG NX支持的表達式格式

1.2.1 創建深溝球軸承的模板文件

新建一個部件bearing.prt，啟動建模環境。

1.2.2 使用“表達式”功能定義設計變量

（1）啟動表達式對話框：選擇菜單命令“【工具】→【表達式】”。

（2）創建第一個設計變量：設置表達式的“量綱”為“長度”，單位為“mm”→輸入表達式的“名稱”為“da”→輸入表達式的“公式”為“28”→接受表達式。

圖2 表達式對話框

注意：表達滾珠特征的圓周陣列數量的變量“n”的量綱為“恒定的”，沒有“單位”。

（3）按照步驟（2）的方法繼續創建其他表達式，結果如圖2所示。所有表達式完成后，確定對話框。

1.2.3 零件建模

（1）選擇旋轉特征命令→在旋轉對話框中選擇草圖圖標→選擇YC-ZC平面創建草圖→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→選擇基準坐標系的Y軸為旋轉軸→單擊MB2，接受旋轉體的缺省參數，完成如圖所示的結果。

圖3 創建旋轉特征

圖4 滾珠的創建

（2）創建滾珠的旋轉體特征：選擇旋轉特征命令→在旋轉對話框中選擇草圖圖標→選擇YC-ZC平面創建草圖→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→選擇基準坐標系的Z軸為旋轉軸→單擊MB2，接受旋轉體的缺省參數，完成如圖4(b)所示的結果。

注意：如果滾珠半徑尺寸為“d4/2”，則其與外部實體不相交，無法進行布爾運算，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）創建布爾運算-“求和”：選擇最外側實體為目標體，選擇其它的實體作為工具條，創建布爾運算-“求和”。

（4）創建滾珠的圓周陣列：選擇“引用”命令圖標→選擇“圓周陣列”→選擇生成滾珠的旋轉特征進行陣列→輸入陣列參數為“數量為n，角度為360/n”，選擇基準坐標系的Y軸作為旋轉軸，完成圓周陣列的結果如圖5所示。

圖5 圓周陣列

圖6 圓角后的結果

（5）創建邊倒圓：以半徑為“r”對軸承的四條邊緣進行圓角處理，其結果如圖6所示。

（6）保存部件。

2 參數化的實現

當我們在裝配體設計中使用的軸承零件的尺寸有所變化，這時只需要打開文件，打開表達式對話框在對話框中輸入新的參數值，點擊“確定”，即可更新為所需要的零部件。例如在設計手冊上選取一組新的參數值：軸承大徑為90mm，小徑為50mm，寬度為50mm，邊緣倒圓角半徑為 0.6mm”，在表達式中輸入這些新的參數后，部件能夠順利更新，得到一個新尺寸的深溝球軸承。

3 結束語

基于UG的深溝球軸承參數化設計，首先確定設計的關鍵尺寸變量，其他尺寸的表達式都和這些變量相關，通過“表達式”建立零件各個部分的參數關系，從而建立相關性。當零件尺寸的大小發生改變時，可以通過參數的修改實現零件的更新，大大節省設計時間，以便實現產品的系列化和標準化。

［1］宋志國.UG NX 實例教程.人民郵電出版社，2008.

［2］成大先，等.機械設計手冊.化學工業出版社.3 版.1993，5，第 2 卷.

［3］錢可強.機械制圖.中國勞動社會保障出版社.