滚动轴承系列化设计研究

张雪文徐晓昂

(益阳职业技术学院汽车工程系,湖南益阳413049)

0 引言

在进行机械设计时，必须执行国家标准，采用标准件，进行标准化。正确运用标准，有利于零件的互换性和加工工艺性，有利于降低加工成本，有利于减少零配件库存，从而收到良好的经济效益。

螺栓、螺母、垫圈、键、销、轴承、齿轮、联轴器等都是标准件，它们已经标准化、系列化。一般来说，在设计中不需要再对其进行设计，只需要使用。但是，在利用3D软件进行总体设计时，需要将其绘制出来，这给设计者添加了许多重复劳动，也带来了许多的浪费。

Pro/Engineer软件的族表功能，为标准件的设计与调用带来了极大的方便。本文利用Pro/Engineer软件的族表功能，研究了深沟球轴承的系列化设计方法，可为设计者创建自己的标准件库提供参考。

1 Pro/Engineer软件

Pro/Engineer软件是美国参数技术公司(PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一体化三维软件。Pro/Engineer软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有重要地位。Pro/Engineer作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准，得到了业界的广泛认可和推广。Pro/Engineer是现今主流的 CAD/CAM/CAE软件之一，特别是在国内产品设计领域占据了重要位置。

任何产品都可以看成几何模型，并且无论几何模型多么复杂，都可以分解成有限数量的构成特征，而每一种构成特征，都可以用有限的参数完全约束。Pro/Engineer把几何模型分解成有限数量的构成特征，赋予有限参数，实现了产品的基于参数化的设计。

Pro/Engineer基于特征方式的参数化，不仅使设计、生产更加方便与灵活，而且能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计，因而表现了强大的生命力。

2 族表

族表(Family Table)是Pro/Engineer软件的诸多功能之一。族表是一组形状相似的零件或者组件的集合。族表主要用于零件或者组件的系列化设计。例如:螺栓、螺母、垫圈、键、销、轴承、齿轮、联轴器等标准件和通用件的系列化设计。族表是Pro/Engineer利用表格来驱动模型的一种工具。用户可以事先绘制出模型，定义好模型参数名称，然后将驱动模型的有关尺寸参数、特征、模型等放入到表格中，在表格中输入数值，就可以创建出与数值相应的产品。

采用族表能够将标准件、系列化产品创建模型库，实现对标准化、系列化产品的一次设计和不同规格的任意调用，从而大大地减少重复设计，具有十分广泛的价值。

3 滚动轴承

滚动轴承是机械产品中标准化、系列化程度很高的，应用十分广泛的标准件之一。对于滚动轴承标准件，主要的设计参数包括:内径、外径、宽度和滚动体数目等。

本文选择深沟球轴承，以轴承6206～6212为例进行研究。滚动轴承的结构如图1。

图1 滚动轴承的结构

4 轴承标准件库的设计

4.1 内圈的设计

根据滚动轴承的有关规定，滚动体的直径d珠与轴承的内径d、外径D存在如下关系

为了符合轴承的标注习惯，便于族表参数的添加，在草绘的过程中，草绘图样轴承的内、外径用直径标注。点击“工具”→“关系”，输入:d3=(Dd-d)/3，“确定”，建立参数关系式，得到如图2所示草绘图样。

图2 轴承内圈草绘截面与参数代号

根据有关规定，图2中d4=60°，d3=d珠。为了区分内、外径，外径参数代号用Dd，内径参数代号用d，B为宽。选中系统自动生成的尺寸符号，右键，选择“属性”，然后在尺寸文本、名称中将相关特征参数代号修改为Dd、d、B。

通过旋转、倒角，得到如图3所示的滚动轴承内圈实体。

图3 内圈3D实体与有关参数

选择工具→族表，点击“在所选行处插入新的实列”，添加列，修改“实例名”，与轴承6206～6212配套。点击“添加/删除表列”，选择外径Dd、内径d、宽B、圆角R。根据滚动轴承国家标准，输入有关特征数值，如图4。点击“校验族的实例”→“校验”→“确定”，完成内圈族表系列化设计。

图4 内圈族表的创建

4.2 外圈的设计

按照轴承内圈的设计方法，设计轴承外圈。如图5。

图5 外圈3D实体与有关参数

4.3 滚动体的设计

为了使滚动体的直径与滚动轴承特征参数相适应，草绘中，需要利用“工具”→“关系”来建立关系式，保证:sd33=(sd29-sd28)/3。 如图6。

图6 轴承滚动体草绘与参数

利用旋转，获得滚动体 3D实体。选取sd28、sd29、sd30等尺寸符号，右键→属性→尺寸文本→名称，修改参数代号。选择工具→族表→在所选行处插入新的实列→添加/删除表列，选择外径Dd、内径d、宽B，输入有关特征数据，校验族的实例→校验→确定，完成滚动体族表系列化设计。如图7。

图7 滚动体3D实体与有关参数

4.4 保持架的设计

为了使保持架的尺寸与滚动轴承特征参数相适应，草绘中，需要利用“工具”→“关系”来创建关系式，保证:sd33=(sd29-sd28)/3，sd39=sd33。 如图 8。 然后，将sd28、sd29、sd30等代号修改为特征参数代号。

图8 轴承保持架草绘与参数

通过旋转、阵列、拉伸去材料等，创设保持架。如图9。

图9 轴承保持架3D实体与有关参数

特别强调，阵列数量的参数代号要在造型完成以后，将“输入阵列成员间的角度”修改成含有阵列数量参数代号的关系式。

5 滚动轴承组件的创建

1)装配内圈:点击“将元件添加到组件”，选择内圈“普通模型”，选择“缺省”，完成内圈的装配。

2)装配外圈:点击“将元件添加到组件”，选择外圈“普通模型”，选择“缺省”，完成外圈的装配。

3)装配滚动体:点击“将元件添加到组件”，选择滚动体“普通模型”，选择“缺省”，完成滚动体的装配。

滚动体阵列。修改滚动体阵列数量参数代号。

4)装配保持架:点击“将元件添加到组件”，选择保持架“普通模型”，选择“缺省”，完成一半保持架的装配。点击“将元件添加到组件”，选择保持架“普通模型”，添加约束，完成对另一半保持架的装配。

5)滚动轴承组件族表的创建:选择工具→族表，点击“在所选行处插入新的实列”，添加列，修改“实例名”，与轴承6206～6212配套。点击“添加/删除表列”，选项中的“添加项目”，选择“元件”，选择内圈、外圈、滚动体、保持架；选项中的“添加项目”，选择“尺寸”，选择滚动体数量代号。根据滚动轴承国家标准，输入有关特征数据。点击“校验族的实例”→“校验”→“确定”，完成滚动轴承组件族表的系列化创建，如图10。

图10 滚动轴承组件族表的系列化创建

6 轴承组件的调用

打开滚动轴承组件，选择需要的规格，打开，系统自动生成相应规格的滚动轴承组件。轴承 6206、6212，如图11。

图11 调用的6206、6212滚动轴承

7 结语

文章利用Pro/Engineer族表功能，对深沟球轴承的系列化设计进行了研究。通过研究表明，采用Pro/Engineer族表功能，进行合理的创设，能够很好的完成深沟球轴承的系列化设计。该设计方法，能够减少深沟球轴承系列化设计的重复劳动，能够节省存储空间。该设计方法能够为其他产品的系列化设计提供参考，特别是标准件、常用件的系列化设计，比如螺栓、螺母、垫圈、键、销、轴承、齿轮、联轴器等的系列化设计。

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