基于 SolidWorks系統(tǒng)的快速軸承設(shè)計(jì)應(yīng)用研究

蘇玲霞等

利用SolidWorks 繪制深溝球軸承各個(gè)零件， 創(chuàng)建裝配體文件進(jìn)行裝配，并建立方程式使各零件的尺寸與軸承的外形尺寸和主參數(shù)連接。通過(guò)XYZ 點(diǎn)的曲線創(chuàng)建fofc曲線，求解fofc 值，從而求出軸承的Cor、Cr。用模具-型腔功能求解軸承有效空間，從而求出注脂量。

SolidWorks 三維設(shè)計(jì)軟件是一個(gè)基于特征、參數(shù)化和實(shí)體建模的設(shè)計(jì)工具。該軟件采用Windows 圖形用戶界面，易學(xué)易用，在中國(guó)市場(chǎng)普及率較高。利用SolidWorks 可以創(chuàng)建全相關(guān)的三維實(shí)體模型， 設(shè)計(jì)過(guò)程中，實(shí)體之間可以存在或不存在約束關(guān)系；同時(shí)，還可以利用自動(dòng)的或用戶定義的約束關(guān)系來(lái)體現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖。

軸承作為基礎(chǔ)件已經(jīng)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，同一類軸承只是尺寸大小不同，結(jié)構(gòu)基本一致?，F(xiàn)利用SolidWorks 軟件創(chuàng)建模板文件，以實(shí)現(xiàn)同類軸承不同型號(hào)的快速設(shè)計(jì)并出圖，下面以深溝球軸承6203 為例進(jìn)行講解。

深溝球軸承外形尺寸應(yīng)符合GB276 的規(guī)定，根據(jù)洛陽(yáng)軸承研究所《深溝球軸承設(shè)計(jì)方法》優(yōu)化設(shè)計(jì)求出球徑、球中心徑和球數(shù)等主參數(shù)。其它尺寸都通過(guò)設(shè)計(jì)方法中的相關(guān)公式計(jì)算求得。外形尺寸及主參數(shù)如表1 所示。

一、零件建模

深溝球軸承的內(nèi)、外圈都是回轉(zhuǎn)件，并且軸承一般為大批量生產(chǎn)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中還要充分考慮生產(chǎn)工藝。下面以內(nèi)圈為例說(shuō)明。

在前視基準(zhǔn)面創(chuàng)建草圖，并繪制內(nèi)圈截面形狀。最外層矩形為鋼管毛坯形狀 （如果是鍛造工藝可繪制成鍛件形狀 ），最里層為成品形狀，中間為車件形狀。尺寸標(biāo)注時(shí)先標(biāo)注成品的尺寸，并將其設(shè)為驅(qū)動(dòng)，然后再標(biāo)注磨削余量及車削余量，也設(shè)為驅(qū)動(dòng)但不為工程圖標(biāo)注，再標(biāo)注車件、鋼管（鍛件）尺寸并設(shè)為從動(dòng)尺寸 ，標(biāo)注要符合工程圖的布局要求。繪制好的草圖如圖 1、2所示。

利用旋轉(zhuǎn)特征形成實(shí)體，選擇草圖最外層輪廓，形成鋼管實(shí)體，然后用旋轉(zhuǎn)切除功能選擇外層局部范圍切除車加工余量形成不帶槽車件實(shí)體。再選中不帶槽車件的磨削部分旋轉(zhuǎn)切除形成不帶槽成品。將上一特征壓縮，實(shí)體轉(zhuǎn)為不帶槽車件，選擇草圖的防塵槽區(qū)域旋轉(zhuǎn)切除形成帶槽車件，使用鏡像特征生產(chǎn)另一個(gè)防塵槽。選擇磨削余量區(qū)域，旋轉(zhuǎn)切除形成帶槽成品。

為區(qū)分各特征，可將設(shè)計(jì)樹(shù)上的特征名稱改為相應(yīng)的工藝名稱。因部分選擇的區(qū)域較小，可將各特征設(shè)置為不同的顏色，以方便分辨該特征是否有漏選區(qū)域。最終設(shè)計(jì)樹(shù)和實(shí)體模型如圖3 所示。

轉(zhuǎn)到配置項(xiàng)創(chuàng)建子配置，并壓縮相應(yīng)特征，壓縮狀態(tài)如表 2所示。

沖壓保持架和密封件加工過(guò)程比較復(fù)雜，一般也是由專業(yè)化廠家生產(chǎn)，建模時(shí)可以不考慮加工過(guò)程。保持架拉伸形成坯體再旋轉(zhuǎn)切除形成球兜并圓周陣列，選三個(gè)面利用抽殼功能形成保持架的形狀，再切除鉚釘孔并陣列。草圖中多利用幾何關(guān)系定位，同一個(gè)尺寸盡量標(biāo)注一次。如球兜孔中心、鉚釘孔中心設(shè)置為與球中心圓重合，切除時(shí)深度設(shè)置成完全貫穿，可避免形成不必要的尺寸，如圖4所示。

密封件與內(nèi)外圈防塵槽結(jié)構(gòu)尺寸相關(guān)，所以設(shè)計(jì)時(shí)，先標(biāo)注最大外徑與最小內(nèi)徑的尺寸，并設(shè)為從動(dòng)，其它結(jié)構(gòu)尺寸標(biāo)注到最大外徑或最小內(nèi)徑的距離。密封圈可以形成兩個(gè)封閉區(qū)域，分別旋轉(zhuǎn)且不合并實(shí)體，以設(shè)置不同的材料屬性。實(shí)體如圖5 所示。

鋼球與鉚釘也是旋轉(zhuǎn)形成的，在這里不做詳述。

二、各零件的裝配

將內(nèi)外圈、保持架裝入裝配體，通過(guò)配合關(guān)系達(dá)到實(shí)際安裝狀態(tài)，配合時(shí)選擇基準(zhǔn)面和草圖中的旋轉(zhuǎn)軸，不要選內(nèi)外圈的表面，因內(nèi)、外圈有多個(gè)配置，更改配置后表面會(huì)發(fā)生改變，從而造成配合錯(cuò)誤。將兩零件的草圖所在的基準(zhǔn)面、旋轉(zhuǎn)軸和對(duì)稱基準(zhǔn)面設(shè)置為重合，再裝入鋼球、鉚釘和保持架，并將其相互間及內(nèi)外圈配合好。采用特征驅(qū)動(dòng)陣列形式填充所需數(shù)量，通過(guò)鏡像形成另一片保持架。密封件裝配時(shí)，也要選密封件和外圈草圖中的線重合，而不能選內(nèi)外圈實(shí)體表面，如圖 6所示。

進(jìn)入密封件的編輯狀態(tài)，標(biāo)注最大外徑與外圈防塵槽的尺寸和最小內(nèi)徑與內(nèi)圈防塵槽的尺寸，默認(rèn)驅(qū)動(dòng)并設(shè)為不為工程圖標(biāo)注，這樣使密封件與內(nèi)外圈的防塵槽相互關(guān)聯(lián)。再通過(guò)鏡像形成另一片密封件，同樣的方法可形成其它結(jié)構(gòu)的密封件。密封件一定要分別鏡像。這樣可以通過(guò)不同的配置壓縮不同零件而生成不同的密封結(jié)構(gòu)。

三、建立方程式將各個(gè)零件的尺寸與軸承外形尺寸和主參數(shù)連接

在裝配體中插入方程式，在其全局變量項(xiàng)輸入外形尺寸、主參數(shù)及系數(shù)，在方程式的零部件項(xiàng)添加方程式，展開(kāi)設(shè)計(jì)樹(shù)中外圈零件的草圖，雙擊草圖顯示尺寸。雙擊相應(yīng)尺寸將其輸入方程式中，并在后面輸入與全局變量的關(guān)系式，以同樣的方法完成其他零件，這樣內(nèi)外圈、保持架、鉚釘、鋼球通過(guò)方程式與外形尺寸和主參數(shù)驅(qū)動(dòng)。密封件通過(guò)與內(nèi)外圈防塵槽的間隙或過(guò)盈量驅(qū)動(dòng)。方程式如圖 7所示。

軸承出圖時(shí)還要標(biāo)注額定負(fù)荷和注脂量，可利用 SolidWorks的模具功能求出軸承的內(nèi)部空間，以開(kāi)式軸承為例。

創(chuàng)建一個(gè)新零件，點(diǎn)插入—曲線—通過(guò) XYZ點(diǎn)的曲線，根據(jù) GB/T 63911中表 2向心球軸承的 fc值，將的值輸入表格的 X列中（為顯示方便將其擴(kuò)大 100倍）， fc值輸入 Y列中， Z列全部輸入0，這樣就在 X—Y平面（前視基準(zhǔn)面）形成一條 fc曲線；同樣根據(jù) GB/T4662表 1向心球軸承的 fo值，形成 fo曲線。在前視基準(zhǔn)面 X-Y平面創(chuàng)建草圖，先通過(guò)原點(diǎn)沿水平、垂直方向各繪制一條構(gòu)造線，在兩條曲線上分別繪制 2個(gè)點(diǎn)，并使兩點(diǎn)豎直，定義其到原點(diǎn)的 X方向的距離為驅(qū)動(dòng)尺寸，這就是 的值，再標(biāo)注兩點(diǎn)到原點(diǎn)的 Y方向距離（從動(dòng)尺寸），這就求得相應(yīng)的 fc和 fo值 ，通過(guò)做圖法完成插值法求解。

再在上方繪制一個(gè)矩形，定義為 Y軸對(duì)稱，尺寸定義如圖 7所示，旋轉(zhuǎn)形成實(shí)體保存，命名為深溝球軸承 fofc表，將其裝入軸承裝配體并拖動(dòng)深溝球軸承特征樹(shù)順序到最頂層。在裝配體零件樹(shù)中選中深溝球軸承 fofc表，進(jìn)入編輯狀態(tài)，點(diǎn)插入—模具—型腔，選中裝配體中的其他零件，形成型腔。更改材料屬性將密度改為潤(rùn)滑脂的密度，插入方程式，在全局變量添加參數(shù)如圖，并在自定義屬性添加參數(shù)使其等于方程式中的全局變量，退出編輯狀態(tài)。打開(kāi)裝配體方程式，在零件變量添加 fofo表中各尺寸及曲線上兩點(diǎn)的 X方向距離 。在裝配體方程式全局變量中添加 Cr和 Cor、填球角、fo和 fc值，選擇深溝球軸承 fofc表零件中曲線上兩點(diǎn)標(biāo)注的 Y方向距離。裝配體最終的方程式如圖 7所示。

在裝配體自定義屬性添加 min徑向游隙、max徑向游游隙、Cr、Cor，完成裝配體。可進(jìn)行干涉檢查，查看是否有不恰當(dāng)?shù)母缮妗３芊馊ν鈶?yīng)沒(méi)有干涉。壓縮 fofc表再進(jìn)行間隙驗(yàn)證，驗(yàn)證軸承的游隙設(shè)計(jì)是否合理，若沒(méi)有問(wèn)題就可以生成工程圖了。

四、生成工程圖

出工程圖較簡(jiǎn)單，在此不做詳細(xì)闡述，但有幾點(diǎn)要注意：（1）建立剖視圖時(shí)，以實(shí)體模型草圖所在基準(zhǔn)面剖開(kāi)；（2）內(nèi)外圈工程圖會(huì)有局部放大圖，要在實(shí)體的草圖中繪制構(gòu)造線，并定義局部放大圖的草圖與其幾何關(guān)系，防止更改后局部放大圖的位置變動(dòng)；（3）在裝配體工程圖中可以將 Cr、Cor與裝配體中自定義屬性的 Cr、Cor連接。

五、打包形成新的型號(hào)

檢查所有文件沒(méi)有問(wèn)題后，就可以將這套模型和工程圖作為模板使用。當(dāng)需要設(shè)計(jì)新的型號(hào)時(shí)，打開(kāi)裝配體使用打包命令，勾選工程圖并添加前綴，在添加前綴項(xiàng)填寫(xiě)軸承型號(hào)，如 6205，選擇相應(yīng)的文件夾保存，打開(kāi) 6205深溝球軸承裝配體，更改外形尺寸和主參數(shù)重新建模并檢查，對(duì)工程圖更改圖樣比例并整理各元素的位置，就形成了一套新型號(hào)軸承的圖樣。

六、結(jié)語(yǔ)

（1）將所有的計(jì)算公式放在軟件中計(jì)算可有效防止手工計(jì)算出錯(cuò)并提高效率。利用模具型腔求解注脂量方便快捷。

（2）提高出圖效率，模板完成后，可在兩小時(shí)內(nèi)完成全套的圖樣。

（3）內(nèi)外圈按加工過(guò)程設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中分配加工余量。

（4）該方法全部利用現(xiàn)有軟件，不需要學(xué)習(xí)二次開(kāi)發(fā)，易于學(xué)習(xí)。

（5）形成三維模型可進(jìn)一步進(jìn)行有限元分析，優(yōu)化軸承結(jié)構(gòu)。

以上方法是我們?cè)?SolidWorks使用過(guò)程中的一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)積累，利用其它軟件也能實(shí)現(xiàn)。也存在著一定問(wèn)題，需進(jìn)一步改進(jìn)和完善。endprint