基于AutoCAD的深溝球軸承套圈的參數(shù)化設(shè)計(jì)

郭宇航

（哈爾濱軸承集團(tuán)公司 制造技術(shù)部，黑龍江 哈爾濱1500366）

基于AutoCAD的深溝球軸承套圈的參數(shù)化設(shè)計(jì)

郭宇航

（哈爾濱軸承集團(tuán)公司 制造技術(shù)部，黑龍江 哈爾濱1500366）

針對(duì)企業(yè)設(shè)計(jì)圖紙工作量大、重復(fù)性強(qiáng)，并大量使用二維設(shè)計(jì)的問(wèn)題，提出使用參數(shù)化設(shè)計(jì)來(lái)設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)提高設(shè)計(jì)人員的工作效率，縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期，提高軸承產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義。

深溝球軸承；AutoCAD；參數(shù)化設(shè)計(jì)；二維圖紙；轉(zhuǎn)換

1 前言

AutoCAD具有強(qiáng)大的二維繪圖功能，深受廣大機(jī)械工程設(shè)計(jì)人員的喜愛(ài)，極大地提高了設(shè)計(jì)效率，目前大多數(shù)機(jī)械工程圖紙都是使用AutoCAD來(lái)完成的。但是，隨著現(xiàn)代化工業(yè)高速發(fā)展，產(chǎn)品的功能、結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，新產(chǎn)品的更新?lián)Q代周期不斷縮短，設(shè)計(jì)工作在產(chǎn)品的整個(gè)制造過(guò)程中占據(jù)了越來(lái)越重要的地位。新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)費(fèi)用中的80%取決于設(shè)計(jì)過(guò)程，因而產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段已被視為提高整個(gè)生產(chǎn)率的瓶頸，對(duì)于生產(chǎn)的效率起著舉足輕重的作用。因此，伴隨現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）也得到了迅速的發(fā)展和普及。我們之所以采用CAD,是因?yàn)镃AD軟件作為一種工具，其根本作用是提高效率。

在工程設(shè)計(jì)需要多次反復(fù)地修改，對(duì)形狀和尺寸要進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)和優(yōu)化，尤其對(duì)于固定結(jié)構(gòu)形式的工程零件，更需要根據(jù)具體要求情況自動(dòng)修改尺寸，如何解決這一問(wèn)題呢？

利用AutoCAD參數(shù)化管理就能解決這個(gè)問(wèn)題。AutoCAD參數(shù)化界面極有個(gè)性，功能強(qiáng)大，操作快捷、簡(jiǎn)便，AutoCAD參數(shù)化為設(shè)計(jì)者的繪圖及修改圖形提供一個(gè)軟件環(huán)境，工程技術(shù)人員在這個(gè)環(huán)境下所繪制的任意圖形均可以被參數(shù)化，修改圖中的任一尺寸，均可實(shí)現(xiàn)尺寸驅(qū)動(dòng)，引起圖形的改變。

2 參數(shù)化簡(jiǎn)介

參數(shù)，也叫參變量，是一個(gè)變量。當(dāng)我們?cè)谘芯磕骋粋€(gè)問(wèn)題的時(shí)候，關(guān)心某幾個(gè)變量的變化以及它們之間的相互關(guān)系，其中有一個(gè)或一些叫自變量，另一個(gè)或另一些叫因變量。如果我們引入一個(gè)或一些另外的變量來(lái)描述自變量與因變量的變化，引入的變量本來(lái)并不是這一問(wèn)題必須研究的變量，我們把這些的變量叫做參數(shù)變量或參數(shù)。

參數(shù)化（Parameterization）就是通過(guò)一組變量建立某種對(duì)應(yīng)的關(guān)系。在AutoCAD中引入了參數(shù)化建模和參數(shù)化設(shè)計(jì)。

參數(shù)化設(shè)計(jì)的主體思想是用幾何約束、工程方程與關(guān)系來(lái)說(shuō)明產(chǎn)品模型的特征，從而達(dá)到設(shè)計(jì)在形狀或功能上具有相似的設(shè)計(jì)方案。目前，處理的幾何約束類(lèi)型基本上是組成產(chǎn)品形體的幾何實(shí)體公稱(chēng)尺寸關(guān)系和尺寸之間的工程關(guān)系，因此，參數(shù)化造型技術(shù)又稱(chēng)初次驅(qū)動(dòng)幾何技術(shù)。參數(shù)化實(shí)體造型中的關(guān)建是幾何約束關(guān)系的提取和表達(dá)，幾何約束的求解以及參數(shù)化幾何模型的構(gòu)造。

參數(shù)化設(shè)計(jì)（Parametric Design）又稱(chēng)變量化設(shè)計(jì)，是由美國(guó)麻省理工學(xué)院Gossard教授提出來(lái)的，參數(shù)化設(shè)計(jì)通常是指軟件設(shè)計(jì)者為繪圖及修改圖形提供一個(gè)軟件環(huán)境，設(shè)計(jì)人員在這個(gè)環(huán)境下所繪制的任意圖形均可以被參數(shù)化，修改圖中的任一尺寸，均可以實(shí)現(xiàn)尺寸驅(qū)動(dòng)，引起相關(guān)圖形的改變。參數(shù)化設(shè)計(jì)的突出優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)變更參數(shù)的方法來(lái)修改設(shè)計(jì)意圖。

3 二維圖形參數(shù)化

3.1 建立深溝球軸承外圈二維模型

以外圈為例，由深溝球軸承設(shè)計(jì)方法，確定深溝球軸承主要參數(shù)為外徑、外內(nèi)徑、寬度等。利用AutoCAD Mechanical繪制出二維深溝球軸承模型，過(guò)程如下。

利用直線、圓弧、倒角、鏡像等命令分別畫(huà)出深溝球的外徑、外內(nèi)徑、寬度、滾道、倒角，其二維模型如圖1所示。

圖1 深溝球二維外圈模型

3.2 參數(shù)化過(guò)程

本設(shè)計(jì)的過(guò)程是尺寸、幾何形狀參數(shù)化，設(shè)計(jì)順序依次為外徑、外內(nèi)徑、寬度、弧度、倒角，參數(shù)的設(shè)計(jì)通過(guò)參數(shù)化命令來(lái)完成。

打開(kāi)參數(shù)化，首先使用幾何約束（所謂幾何約束即元素間的結(jié)構(gòu)、位置關(guān)系及條件。如：線-線平行，線-線垂直、線-線相交和線-圓相交等，一般為隱式，）分別對(duì)深溝球的外徑、外內(nèi)徑、寬度等進(jìn)行幾何約束，如圖 2。

圖2 參數(shù)化的幾何約束設(shè)計(jì)窗口

然后通過(guò)參數(shù)化中的尺寸約束（即元素間定量的幾何關(guān)系，如：距離、角度、水平或垂直尺寸、點(diǎn)線距離、圓弧的半徑和直徑等，一般為顯示）對(duì)深溝球的外徑、外內(nèi)徑、寬度尺寸進(jìn)行約束，如圖 3。

圖3 參數(shù)化尺寸約束的設(shè)計(jì)窗口

對(duì)模型的幾何約束與尺寸約束完成后生成最終圖形，如圖 4。

3.3 模型參數(shù)的更改

當(dāng)程序編寫(xiě)完成后，打開(kāi)AutoCAD軟件中的參數(shù)化中的參數(shù)管理編輯器，如圖 5。通過(guò)手動(dòng)更改以下參數(shù)（外徑、外內(nèi)徑、寬度、弧度、倒角），即可生成新的模型。

打開(kāi)AutoCAD下的參數(shù)管理編輯器命令，將圖形中字母相對(duì)應(yīng)的尺寸進(jìn)行改寫(xiě)，便可得到想要的圖形，以深溝球6300為例，程序編寫(xiě)如下（單位：mm）， 最終得到圖 6。

圖4 尺寸約束二維模型

圖5 參數(shù)化管理編輯器

溝曲率=3.33

寬度=11

外溝徑=29.861

外徑=35

外內(nèi)徑=27.6

非對(duì)稱(chēng)倒角=0.6

對(duì)稱(chēng)倒角=0.3

D1=寬度/2-非對(duì)稱(chēng)倒角

D2=D1

D3=外徑/2

D4=外內(nèi)徑/2

D5=D3-外溝徑/2+溝曲率

圖6 參數(shù)化圖形

通過(guò)參數(shù)化能提高車(chē)工藝日常工作效率，把相應(yīng)的留量公式輸入到參數(shù)化中可以直接得到帶有留量的模型，省去重新標(biāo)注尺寸以及中間計(jì)算的過(guò)程。

利用上述步驟，輸入任意深溝球軸承的型號(hào)及基本尺寸，均可得到新參數(shù)下的深溝球軸承模型。

4 結(jié)束語(yǔ)

利用AutoCAD軟件對(duì)深溝球軸承外圈進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，建立外圈的尺寸與幾何模型和參數(shù)間的關(guān)系。通過(guò)參數(shù)化的設(shè)計(jì)方法，對(duì)程序進(jìn)行修改，最終生成新的參數(shù)下的深溝球軸承外圈的二維模型。同理，也可對(duì)該軸承其他零件或其它型號(hào)軸承進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，方便快捷，不僅提高了工作效率，而且提高了軸承設(shè)計(jì)精度，使設(shè)計(jì)人員擺脫了大量的重復(fù)性勞動(dòng)。

（編輯：林小江）

Parametric design of deep groove ball bearing ring based on AutoCAD

Guo Yuhang
( Manufacturing Technology Department, Harbin Bearing Group Corporation, Harbin 150036,China)

For business problemsof of large am

ount of design drawing, strong repeatability, and a large number of two

dimensional designs, using parameterization to design drawings is proposed, it is of great signif i cance to improve the working eff i ciency of designers, shorten the design and development cycle of products, and improve the quality of bearing products.

deep groove ball bearing; AutoCAD; parametric design; 2d drawings; conversion

TH133.33+1

B

1672-4852（2017）01-0042-03

2017-05-23.

郭宇航（1991-），男，助理工程師.