張雪文徐曉昂

(益陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車工程系,湖南益陽413049)

0 引言

在進行機械設(shè)計時，必須執(zhí)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(jīng)濟效益。

螺栓、螺母、墊圈、鍵、銷、軸承、齒輪、聯(lián)軸器等都是標準件，它們已經(jīng)標準化、系列化。一般來說，在設(shè)計中不需要再對其進行設(shè)計，只需要使用。但是，在利用3D軟件進行總體設(shè)計時，需要將其繪制出來，這給設(shè)計者添加了許多重復(fù)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(shè)計與調(diào)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(shè)計方法，可為設(shè)計者創(chuàng)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(shù)技術(shù)公司(PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一體化三維軟件。Pro/Engineer軟件以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有重要地位。Pro/Engineer作為當(dāng)今世界機械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標準，得到了業(yè)界的廣泛認可和推廣。Pro/Engineer是現(xiàn)今主流的 CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域占據(jù)了重要位置。

任何產(chǎn)品都可以看成幾何模型，并且無論幾何模型多么復(fù)雜，都可以分解成有限數(shù)量的構(gòu)成特征，而每一種構(gòu)成特征，都可以用有限的參數(shù)完全約束。Pro/Engineer把幾何模型分解成有限數(shù)量的構(gòu)成特征，賦予有限參數(shù)，實現(xiàn)了產(chǎn)品的基于參數(shù)化的設(shè)計。

Pro/Engineer基于特征方式的參數(shù)化，不僅使設(shè)計、生產(chǎn)更加方便與靈活，而且能夠?qū)⒃O(shè)計至生產(chǎn)全過程集成到一起，實現(xiàn)并行工程設(shè)計，因而表現(xiàn)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(shè)計。例如:螺栓、螺母、墊圈、鍵、銷、軸承、齒輪、聯(lián)軸器等標準件和通用件的系列化設(shè)計。族表是Pro/Engineer利用表格來驅(qū)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(shù)名稱，然后將驅(qū)動模型的有關(guān)尺寸參數(shù)、特征、模型等放入到表格中，在表格中輸入數(shù)值，就可以創(chuàng)建出與數(shù)值相應(yīng)的產(chǎn)品。

采用族表能夠?qū)藴始⑾盗谢a(chǎn)品創(chuàng)建模型庫，實現(xiàn)對標準化、系列化產(chǎn)品的一次設(shè)計和不同規(guī)格的任意調(diào)用，從而大大地減少重復(fù)設(shè)計，具有十分廣泛的價值。

3 滾動軸承

滾動軸承是機械產(chǎn)品中標準化、系列化程度很高的，應(yīng)用十分廣泛的標準件之一。對于滾動軸承標準件，主要的設(shè)計參數(shù)包括:內(nèi)徑、外徑、寬度和滾動體數(shù)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(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 滾動軸承的結(jié)構(gòu)

4 軸承標準件庫的設(shè)計

4.1 內(nèi)圈的設(shè)計

根據(jù)滾動軸承的有關(guān)規(guī)定，滾動體的直徑d珠與軸承的內(nèi)徑d、外徑D存在如下關(guān)系

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

圖2 軸承內(nèi)圈草繪截面與參數(shù)代號

根據(jù)有關(guān)規(guī)定，圖2中d4=60°，d3=d珠。為了區(qū)分內(nèi)、外徑，外徑參數(shù)代號用Dd，內(nèi)徑參數(shù)代號用d，B為寬。選中系統(tǒng)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(guān)特征參數(shù)代號修改為Dd、d、B。

通過旋轉(zhuǎn)、倒角，得到如圖3所示的滾動軸承內(nèi)圈實體。

圖3 內(nèi)圈3D實體與有關(guān)參數(shù)

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(nèi)徑d、寬B、圓角R。根據(jù)滾動軸承國家標準，輸入有關(guān)特征數(shù)值，如圖4。點擊“校驗族的實例”→“校驗”→“確定”，完成內(nèi)圈族表系列化設(shè)計。

圖4 內(nèi)圈族表的創(chuàng)建

4.2 外圈的設(shè)計

按照軸承內(nèi)圈的設(shè)計方法，設(shè)計軸承外圈。如圖5。

圖5 外圈3D實體與有關(guān)參數(shù)

4.3 滾動體的設(shè)計

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

圖6 軸承滾動體草繪與參數(shù)

利用旋轉(zhuǎn)，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(shù)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(nèi)徑d、寬B，輸入有關(guān)特征數(shù)據(jù)，校驗族的實例→校驗→確定，完成滾動體族表系列化設(shè)計。如圖7。

圖7 滾動體3D實體與有關(guān)參數(shù)

4.4 保持架的設(shè)計

為了使保持架的尺寸與滾動軸承特征參數(shù)相適應(yīng)，草繪中，需要利用“工具”→“關(guān)系”來創(chuàng)建關(guān)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(shù)代號。

圖8 軸承保持架草繪與參數(shù)

通過旋轉(zhuǎn)、陣列、拉伸去材料等，創(chuàng)設(shè)保持架。如圖9。

圖9 軸承保持架3D實體與有關(guān)參數(shù)

特別強調(diào)，陣列數(shù)量的參數(shù)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(shù)量參數(shù)代號的關(guān)系式。

5 滾動軸承組件的創(chuàng)建

1)裝配內(nèi)圈:點擊“將元件添加到組件”，選擇內(nèi)圈“普通模型”，選擇“缺省”，完成內(nèi)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(shù)量參數(shù)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(chuàng)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(nèi)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(shù)量代號。根據(jù)滾動軸承國家標準，輸入有關(guān)特征數(shù)據(jù)。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(chuàng)建，如圖10。

圖10 滾動軸承組件族表的系列化創(chuàng)建

6 軸承組件的調(diào)用

打開滾動軸承組件，選擇需要的規(guī)格，打開，系統(tǒng)自動生成相應(yīng)規(guī)格的滾動軸承組件。軸承 6206、6212，如圖11。

圖11 調(diào)用的6206、6212滾動軸承

7 結(jié)語

文章利用Pro/Engineer族表功能，對深溝球軸承的系列化設(shè)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(chuàng)設(shè)，能夠很好的完成深溝球軸承的系列化設(shè)計。該設(shè)計方法，能夠減少深溝球軸承系列化設(shè)計的重復(fù)勞動，能夠節(jié)省存儲空間。該設(shè)計方法能夠為其他產(chǎn)品的系列化設(shè)計提供參考，特別是標準件、常用件的系列化設(shè)計，比如螺栓、螺母、墊圈、鍵、銷、軸承、齒輪、聯(lián)軸器等的系列化設(shè)計。

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