基于UG 的深沟球轴承参数化设计

陈 丽

（徐州机电工程高等职业学校 江苏 徐州 221011）

0 引言

滚动轴承是广泛应用于现代机器中的标准部件之一，该部件的主要功能是用来支承“轴”部件，使其正常工作，与滑动轴承相比，滚动轴承具有摩擦阻力小，功率消耗底，容易启动，结构紧凑等优点，因此应用极为广泛。

不同结构的轴承具有不同的特点，如外圈带止动圈的深沟球轴承及带防尘罩的深沟球轴承。目前，国内外滚动轴承在品种规格方面越来越趋于部件化和标准化。通过分析知道，深沟球轴承的模型形状由几个主要尺寸参数驱动，这几个主要参数为轴承打径，轴承小径以及轴承宽度，控制模型结构的其余尺寸与这几个参数间有着函数关系，所以可以利用UG软件中参数化设计的功能来设计深沟球轴承的模型结构，当我们用到该模型时，只需对这些主要参数进行修改，就能再生得到新尺寸下的模型。

UG是一款集CAD/CAM/CAE为一体的全三维参数化机械设计平台，也是当今世界广泛应用的计算机辅助设计、分析和制造的软件之一，广泛应用于航空、航天、汽车和造船等领域。UG不仅具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配和工程图设计等功能，还支持参数化设计功能。参数化设计是指产品设计的整个过程中，特别是产品设计的初步阶段，对于标准化结构的产品，可以利用一组参数约束该几何图形的一组尺寸序列，参数与设计对象的控制尺寸对应显示。当赋予不同的参数序列时，就可以驱动原有几何模型达到新的目标几何体，这样可以完成高效建模和模型修改。

1 轴承设计过程

1.1 主要参数的确定

由机械设计手册可知，确定轴承的主要参数为轴承外径（da）、轴承内径（d）、轴承宽度（B）。 深沟球轴承由于使用条件的不同，又可分为深沟球轴承、外圈有止动槽深沟球轴承、外圈有止动槽且一面带防尘罩的深沟球轴承、一面或两面带防尘罩的深沟球轴承、一面或两面带密封圈的深沟球轴承、带顶丝的外球面深沟球轴承几种。本文对轴承结构进行简化，只讨论既无防尘罩又无止动槽的深沟球轴承的参数化设计过程，因此在参数化设计中引入了四个尺寸控制参数即：轴承外径（da）、轴承内径（d）、轴承宽度（B）以及圆角半径 r。 其图纸如图1所示。轴承各尺寸的关系如表1所示。

表1 深沟球轴承各参数之间的关系

图1 深沟球轴承图纸

1.2 参数化设计

深沟球轴承由三个部分组成：轴承内圈、轴承外圈和滚动体。属于装配体参数化设计，设计的顺序为对三个零件分别建模。由表1可以确知轴承的自由变化参数为da、d、B、r，其它参数都可由这几个参数来表达。因此，我们可以利用UG的“表达式”功能来管理这些设计参数。另外滚珠的数量可以使用NX内部函数“ceiling()”来实现。表2按照表达式的四个要素（名称、公式、量纲、单位）列出了NX支持的表达式形式。

表2 UG NX支持的表达式格式

1.2.1 创建深沟球轴承的模板文件

新建一个部件bearing.prt，启动建模环境。

1.2.2 使用“表达式”功能定义设计变量

（1）启动表达式对话框：选择菜单命令“【工具】→【表达式】”。

（2）创建第一个设计变量：设置表达式的“量纲”为“长度”，单位为“mm”→输入表达式的“名称”为“da”→输入表达式的“公式”为“28”→接受表达式。

图2 表达式对话框

注意：表达滚珠特征的圆周阵列数量的变量“n”的量纲为“恒定的”，没有“单位”。

（3）按照步骤（2）的方法继续创建其他表达式，结果如图2所示。所有表达式完成后，确定对话框。

1.2.3 零件建模

（1）选择旋转特征命令→在旋转对话框中选择草图图标→选择YC-ZC平面创建草图→绘制如图3(a)所示的草图，注意草图的尺寸约束全部为输入公式→完成草图→单击MB2→选择基准坐标系的Y轴为旋转轴→单击MB2，接受旋转体的缺省参数，完成如图所示的结果。

图3 创建旋转特征

图4 滚珠的创建

（2）创建滚珠的旋转体特征：选择旋转特征命令→在旋转对话框中选择草图图标→选择YC-ZC平面创建草图→绘制如图4(a)所示的草图，注意草图的尺寸约束全部为输入公式→完成草图→单击MB2→选择基准坐标系的Z轴为旋转轴→单击MB2，接受旋转体的缺省参数，完成如图4(b)所示的结果。

注意：如果滚珠半径尺寸为“d4/2”，则其与外部实体不相交，无法进行布尔运算，这样不能利用“引用功能”完成圆周阵列，所以在此处将其尺寸放大0.01（大于距离公差即可）。

（3）创建布尔运算-“求和”：选择最外侧实体为目标体，选择其它的实体作为工具条，创建布尔运算-“求和”。

（4）创建滚珠的圆周阵列：选择“引用”命令图标→选择“圆周阵列”→选择生成滚珠的旋转特征进行阵列→输入阵列参数为“数量为n，角度为360/n”，选择基准坐标系的Y轴作为旋转轴，完成圆周阵列的结果如图5所示。

图5 圆周阵列

图6 圆角后的结果

（5）创建边倒圆：以半径为“r”对轴承的四条边缘进行圆角处理，其结果如图6所示。

（6）保存部件。

2 参数化的实现

当我们在装配体设计中使用的轴承零件的尺寸有所变化，这时只需要打开文件，打开表达式对话框在对话框中输入新的参数值，点击“确定”，即可更新为所需要的零部件。例如在设计手册上选取一组新的参数值：轴承大径为90mm，小径为50mm，宽度为50mm，边缘倒圆角半径为 0.6mm”，在表达式中输入这些新的参数后，部件能够顺利更新，得到一个新尺寸的深沟球轴承。

3 结束语

基于UG的深沟球轴承参数化设计，首先确定设计的关键尺寸变量，其他尺寸的表达式都和这些变量相关，通过“表达式”建立零件各个部分的参数关系，从而建立相关性。当零件尺寸的大小发生改变时，可以通过参数的修改实现零件的更新，大大节省设计时间，以便实现产品的系列化和标准化。

［1］宋志国.UG NX 实例教程.人民邮电出版社，2008.

［2］成大先，等.机械设计手册.化学工业出版社.3 版.1993，5，第 2 卷.

［3］钱可强.机械制图.中国劳动社会保障出版社.