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基于SolidWorks建立轴承标准件库方法的探究

发布时间：2012-12-03 浏览次数：596

作者：姜玉珍
（苏州工业职业技术学院机电系）

　　摘　要：针对机械设计中大量使用标准件的问题，从建立轴承库入手，利用SolidWorks软件环境进行轴承的建模，对常用的几种建模方法进行了分析和探讨，提出了装配特征建模法。在此基础上建立了轴承标准件库，并阐述了库的实际应用。
　　关键词：建模方法；建库；应用
　　Solidworks是一个基于特征、参数化的实体造型系统，具有强大的实体建模功能，同时也提供了二次开发的环境和开放的数据结构。随着机械产品的不断更新，产品的设计日趋频繁，在机械设计过程中，常涉及大量的标准件和通用件，如螺钉、螺母、垫圈、轴承等，这些元件将在设计时反复地在装配体的不同位置被选用，而且规格大小各不相同，如果能够建立一个标准件或通用件的模型库，设计者在选择某规格的标准件时，可方便地从库中取出，然后插入到装配体的指定位置，将大大简化设计工作，提高设计效率。但SolidWorks并没有提供符合我国国家标准的标准件、通用件库，在此背景下本文对SolidWorks进行了二次开发，通过建模创建符合我国国家标准的轴承库。
　　1　目前常用建模方法
　　建立标准件库，首要问题是建模方法选择。而目前常用的两种建模方法中都存在一定程度的不足。现以轴承为例，介绍常用的建模方法如下：
　　1.1 单个零件建模的优缺点
　　将轴承的内圈、外圈、滚动体等按一个零件建模。优点是建模简单，通过对草图中除内圈直径、外圈直径、轴环宽度以外的次要尺寸添加相应的关系，只需输入几个关键尺寸，扩充配置十分方便，以满足装配要求。而此方法在处理图中的剖面线时较复杂，如在Solidworks中因组成轴承的各个零件是同一个实体，默认剖面线相同，因而需手工修改，不能使用自动剖面线，且Solidworks不允许有实体不连续，需对草图略作处理以避免建模错误。
　　1.2 零件组件建模的优缺点
　　建立组成轴承的内圈、外圈、滚动体，保持架的零件组，并建立相应的系列零件设计表，再将上述零件组装在一起。通过在装配中建立不同的配置，组合出各种轴承。这种方法在建模和装配中似乎无懈可击，但相当繁琐，在不同零件的尺寸之间建立关系式很困难，在扩充配置时，须对装配中的各个零件分别进行扩充配置后，才能在装配中建立新的配置。
　　2　利用装配特征建模
　　笔者经过反复实践与论证，总结出一种利用装配特征建模的方法，此种方法简单、实用并可方便地解决其他类似的系列装配问题，克服了上述的缺点。具体步骤如下：
　　2.1 创建零件名和装配名
　　创建一新的零件取名为bearing_base.SLDPRT，在保证外形尺寸大于将要创建的Z大的轴承实例外形的情况下，尺寸可任意定（如图1），作为产生轴承各个零件的基础零件。

图1 轴承外形

　　创建一新的装配取名为CB/T276-94.SLDASM，将前面创建的零件bearing_base.SLDPRT插入到该装配中，此时在FeatureManager设计树中将该零件状态固定，接着再将该零件重复插入两次，通过添加一定的装配约束，使后两个零件与个零件位置完全重合（如图2）。

图2 零件的组装顺序

　　2.2 创建“布局草图”
　　在通过零件轴线的平面上创建一草图，命名为“布局草图”。该草图包含了轴承的内圈、外圈、滚动体的回转面（为简化模型省略了保持架的建模），整个草图由3个尺寸即内圈直径、外圈直径、轴环宽度控制。其余的尺寸由添加相应的关系来约束（如图3）。

图3 添加约束关系

　　2.3 创建“内圈”草图
　　创建名为“内圈”的草图（如图4），此草图的平面与此前创建的“布局草图”相同。其中轴承内圈外型由“布局草图”的相　应图元实体引用而来，大矩形框为底边与零件旋转轴对齐，其余各边对齐或大于零件的截面即可。

图4 轴承内圈

　　2.4 激活草图“内圈”
　　点击菜单插入→装配体特征→切除→旋转，并在特征有效范围中是选取插入的零件即是该特征仅对个零件有效，则该零件即可作为轴承的内圈（如图5）。

图5 编辑装配体

　　2.5 创建“滚动体”草图
　　创建一个名为“滚动体”的草图（如图6），其中圆形由“布局草图”的相应图元实体引用而来，大矩形框为底边与零件旋转轴对齐，其余各边对齐或大于零件的截面即可。

图6 滚动体

　　2.6 激活草图“滚动体”
　　点击菜单插入→装配体特征→切除→旋转，并在特征有效范围内选取第二个插入的零件（该特征仅对第二个零件有效），该零件即可成为轴承的滚动体（如图7）。

图7 编辑滚珠

　　将滚动体简化为圆环的优点：
　　(1)可减少建模工作量；
　　(2)建好的轴承可在通过轴线的任意方向剖切，都可得到典型的剖面。
　　2.7 创建“外圈”完成轴承
　　同理，再建立一个新草图名为“外圈”，点击菜单插入→装配体特征→切除→旋转，并在特征有效范围内，选取第三个插入的零件（该特征仅对第三个零件有效），该零件即可成为轴承的外圈。至此轴承创建完毕，通过更改系列零件设计表，可方便地添加或修改配置（如图8）。

图8 轴承模型

　　2.8 应用SolidWorks的功能建立轴承库
　　SolidWorks提供了基于excel表驱动参数化建模功能，以GB/T276-94深沟球轴承为例，建库的方法为：
　　(1)首先采用上述方式建立深沟球轴承的模型；
　　(2)点击“注解-显示特征尺寸”，然后点击菜单“工具”-选项-显示尺寸名称，模型显示，特征尺寸名称同时显示；
　　(3)点击菜单“插入-系列零件设计表”，出现ex-cel表格（图9），点击模型上需要参数化的尺寸，尺寸名称进入表格，输入另外两个模型的数据，即可完成轴承的建库。

图9 零件数据库

　　3　库的应用
　　以上述方法建立的轴承标准件库，已在实践中得到应用。设计者在图纸标准化，明细栏的生成、零件重量以及在同一装配中调入多个不同规格的配置时，均取得了显著的效果。就单一轴承零件模型而言，本方法建立的轴承在装配环境中具有装配体的全部特性（如允许爆炸视图）。本方法除了建模简单，参数控制方便以外，在库的管理上也较为理想。只要通过修改库中组成轴承各零件的参数，即可得到任意类型的轴承生成轴承系列装配件库。由此法可引伸出其他标准件与通用件的建库。
　　当然建库的模式并不局限于CAD软件之间，如进一步延伸，可建立基于Web的标准件库的查询系统，能便于不同的设计部门的资源共享，为提高异地协同设计和并行设计奠定基础。

来源：《中国制造业信息化》2010年19期