滾動軸承系列化設計研究

張雪文徐曉昂

(益陽職業技術學院汽車工程系,湖南益陽413049)

0 引言

在進行機械設計時，必須執行國家標準，采用標準件，進行標準化。正確運用標準，有利于零件的互換性和加工工藝性，有利于降低加工成本，有利于減少零配件庫存，從而收到良好的經濟效益。

螺栓、螺母、墊圈、鍵、銷、軸承、齒輪、聯軸器等都是標準件，它們已經標準化、系列化。一般來說，在設計中不需要再對其進行設計，只需要使用。但是，在利用3D軟件進行總體設計時，需要將其繪制出來，這給設計者添加了許多重復勞動，也帶來了許多的浪費。

Pro/Engineer軟件的族表功能，為標準件的設計與調用帶來了極大的方便。本文利用Pro/Engineer軟件的族表功能，研究了深溝球軸承的系列化設計方法，可為設計者創建自己的標準件庫提供參考。

1 Pro/Engineer軟件

Pro/Engineer軟件是美國參數技術公司(PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一體化三維軟件。Pro/Engineer軟件以參數化著稱，是參數化技術的最早應用者，在目前的三維造型軟件領域中占有重要地位。Pro/Engineer作為當今世界機械CAD/CAE/CAM領域的新標準，得到了業界的廣泛認可和推廣。Pro/Engineer是現今主流的 CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國內產品設計領域占據了重要位置。

任何產品都可以看成幾何模型，并且無論幾何模型多么復雜，都可以分解成有限數量的構成特征，而每一種構成特征，都可以用有限的參數完全約束。Pro/Engineer把幾何模型分解成有限數量的構成特征，賦予有限參數，實現了產品的基于參數化的設計。

Pro/Engineer基于特征方式的參數化，不僅使設計、生產更加方便與靈活，而且能夠將設計至生產全過程集成到一起，實現并行工程設計，因而表現了強大的生命力。

2 族表

族表(Family Table)是Pro/Engineer軟件的諸多功能之一。族表是一組形狀相似的零件或者組件的集合。族表主要用于零件或者組件的系列化設計。例如:螺栓、螺母、墊圈、鍵、銷、軸承、齒輪、聯軸器等標準件和通用件的系列化設計。族表是Pro/Engineer利用表格來驅動模型的一種工具。用戶可以事先繪制出模型，定義好模型參數名稱，然后將驅動模型的有關尺寸參數、特征、模型等放入到表格中，在表格中輸入數值，就可以創建出與數值相應的產品。

采用族表能夠將標準件、系列化產品創建模型庫，實現對標準化、系列化產品的一次設計和不同規格的任意調用，從而大大地減少重復設計，具有十分廣泛的價值。

3 滾動軸承

滾動軸承是機械產品中標準化、系列化程度很高的，應用十分廣泛的標準件之一。對于滾動軸承標準件，主要的設計參數包括:內徑、外徑、寬度和滾動體數目等。

本文選擇深溝球軸承，以軸承6206～6212為例進行研究。滾動軸承的結構如圖1。

圖1 滾動軸承的結構

4 軸承標準件庫的設計

4.1 內圈的設計

根據滾動軸承的有關規定，滾動體的直徑d珠與軸承的內徑d、外徑D存在如下關系

為了符合軸承的標注習慣，便于族表參數的添加，在草繪的過程中，草繪圖樣軸承的內、外徑用直徑標注。點擊“工具”→“關系”，輸入:d3=(Dd-d)/3，“確定”，建立參數關系式，得到如圖2所示草繪圖樣。

圖2 軸承內圈草繪截面與參數代號

根據有關規定，圖2中d4=60°，d3=d珠。為了區分內、外徑，外徑參數代號用Dd，內徑參數代號用d，B為寬。選中系統自動生成的尺寸符號，右鍵，選擇“屬性”，然后在尺寸文本、名稱中將相關特征參數代號修改為Dd、d、B。

通過旋轉、倒角，得到如圖3所示的滾動軸承內圈實體。

圖3 內圈3D實體與有關參數

選擇工具→族表，點擊“在所選行處插入新的實列”，添加列，修改“實例名”，與軸承6206～6212配套。點擊“添加/刪除表列”，選擇外徑Dd、內徑d、寬B、圓角R。根據滾動軸承國家標準，輸入有關特征數值，如圖4。點擊“校驗族的實例”→“校驗”→“確定”，完成內圈族表系列化設計。

圖4 內圈族表的創建

4.2 外圈的設計

按照軸承內圈的設計方法，設計軸承外圈。如圖5。

圖5 外圈3D實體與有關參數

4.3 滾動體的設計

為了使滾動體的直徑與滾動軸承特征參數相適應，草繪中，需要利用“工具”→“關系”來建立關系式，保證:sd33=(sd29-sd28)/3。 如圖6。

圖6 軸承滾動體草繪與參數

利用旋轉，獲得滾動體 3D實體。選取sd28、sd29、sd30等尺寸符號，右鍵→屬性→尺寸文本→名稱，修改參數代號。選擇工具→族表→在所選行處插入新的實列→添加/刪除表列，選擇外徑Dd、內徑d、寬B，輸入有關特征數據，校驗族的實例→校驗→確定，完成滾動體族表系列化設計。如圖7。

圖7 滾動體3D實體與有關參數

4.4 保持架的設計

為了使保持架的尺寸與滾動軸承特征參數相適應，草繪中，需要利用“工具”→“關系”來創建關系式，保證:sd33=(sd29-sd28)/3，sd39=sd33。 如圖 8。 然后，將sd28、sd29、sd30等代號修改為特征參數代號。

圖8 軸承保持架草繪與參數

通過旋轉、陣列、拉伸去材料等，創設保持架。如圖9。

圖9 軸承保持架3D實體與有關參數

特別強調，陣列數量的參數代號要在造型完成以后，將“輸入陣列成員間的角度”修改成含有陣列數量參數代號的關系式。

5 滾動軸承組件的創建

1)裝配內圈:點擊“將元件添加到組件”，選擇內圈“普通模型”，選擇“缺省”，完成內圈的裝配。

2)裝配外圈:點擊“將元件添加到組件”，選擇外圈“普通模型”，選擇“缺省”，完成外圈的裝配。

3)裝配滾動體:點擊“將元件添加到組件”，選擇滾動體“普通模型”，選擇“缺省”，完成滾動體的裝配。

滾動體陣列。修改滾動體陣列數量參數代號。

4)裝配保持架:點擊“將元件添加到組件”，選擇保持架“普通模型”，選擇“缺省”，完成一半保持架的裝配。點擊“將元件添加到組件”，選擇保持架“普通模型”，添加約束，完成對另一半保持架的裝配。

5)滾動軸承組件族表的創建:選擇工具→族表，點擊“在所選行處插入新的實列”，添加列，修改“實例名”，與軸承6206～6212配套。點擊“添加/刪除表列”，選項中的“添加項目”，選擇“元件”，選擇內圈、外圈、滾動體、保持架；選項中的“添加項目”，選擇“尺寸”，選擇滾動體數量代號。根據滾動軸承國家標準，輸入有關特征數據。點擊“校驗族的實例”→“校驗”→“確定”，完成滾動軸承組件族表的系列化創建，如圖10。

圖10 滾動軸承組件族表的系列化創建

6 軸承組件的調用

打開滾動軸承組件，選擇需要的規格，打開，系統自動生成相應規格的滾動軸承組件。軸承 6206、6212，如圖11。

圖11 調用的6206、6212滾動軸承

7 結語

文章利用Pro/Engineer族表功能，對深溝球軸承的系列化設計進行了研究。通過研究表明，采用Pro/Engineer族表功能，進行合理的創設，能夠很好的完成深溝球軸承的系列化設計。該設計方法，能夠減少深溝球軸承系列化設計的重復勞動，能夠節省存儲空間。該設計方法能夠為其他產品的系列化設計提供參考，特別是標準件、常用件的系列化設計，比如螺栓、螺母、墊圈、鍵、銷、軸承、齒輪、聯軸器等的系列化設計。

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