基于UG的滾動軸承的標準庫制作設計.docVIP

目錄1緒論.12UG環(huán)境下標準件庫的開發(fā)方法及參數(shù)化設計.13滾動軸承標準件庫創(chuàng)建方法.24滾動軸承標準件庫創(chuàng)建.34.1滾動軸承的分類.34.2深溝球軸承標準庫的創(chuàng)建.34.2.1提取基本參數(shù)建立表達式.34.2.2深溝球軸承模型的創(chuàng)建.34.2.3深溝球軸承模型生成標準庫.54.3角接觸球軸承標準庫的創(chuàng)建.74.3.1提取基本參數(shù)建立表達式.74.3.2角接觸球軸承模型的創(chuàng)建.84.3.3角接觸球軸承模型生成標準庫.104.4推力球軸承標準庫的創(chuàng)建.114.4.1提取基本參數(shù)建立表達式.114.4.2推力球軸承模型的創(chuàng)建.114.4.3推力球軸承模型生成標準庫.134.5圓柱滾子軸承標準庫的創(chuàng)建.144.5.1提取基本參數(shù)建立表達式.144.5.2圓柱滾子軸承模型的創(chuàng)建.144.5.3圓柱滾子軸承模型生成標準庫.164.6圓錐滾子軸承標準庫的創(chuàng)建.174.6.1提取基本參數(shù)建立表達式.174.6.2圓錐滾子軸承模型的創(chuàng)建.174.6.3圓錐滾子軸承模型生成標準庫.195結(jié)束語.20謝辭.21參考文獻.221緒論滾動軸承是現(xiàn)代機器中廣泛應用的部件之一，它是依靠主要元件間的滾動解出來支撐轉(zhuǎn)動零件的。滾動軸承絕大多數(shù)已經(jīng)標準化，也是部件典型參數(shù)化設計的系列化零件。為了適應各種不同工況的需要，要求有各種不同特性的滾動軸承，以獲得預期的使用效果1。隨著CAD/CAM技術的發(fā)展，產(chǎn)品的設計與制造有了新的發(fā)展，即從三維到二維的設計步驟，也就是首先要建立三維模型，然后自動生成二維的工程圖紙，或者利用三維零件模型直接生成數(shù)控代碼，實現(xiàn)無圖紙加工，節(jié)約時間和成本3。因此對滾動軸承進行直接、快速、高效、精確的三維造型顯得尤為重要。由此可知滾動軸承的標準庫建立顯得非常有意義。目前有許多三維造型軟件如UG、Pro/E、SolidWorks等，UG（Unigraphics）是美國EDS公司開發(fā)CAD/CAM/CAE系統(tǒng)，是當前國際流行的工業(yè)設計平臺。它在全球已經(jīng)擁有眾多用戶，廣泛應用于機械、汽車、飛機、電器、化工等各個行業(yè)的產(chǎn)品設計、制造與分析。作為一款實用的工業(yè)設計軟件包，UG為用戶提供了強大的復合建模手段，包括實體建模、自由曲面建模、特征建模、裝配建模等基本建模功能。UG軟件的幾何特征建模，比其他三維軟件的體素建模所攜帶的信息量大，質(zhì)量高，而且表達簡單（體素建模不含定位特性和定位相關性），能夠簡潔、清楚的描述出零件的集合形狀，屬性等，為后繼的快速、方便裝配及制造提供了基礎，同時對硬件資源的消耗也小。此外，它還具有良好的開放性、容錯性以及靈活的桌面管理方式、簡潔的操作等優(yōu)點5。所謂參數(shù)化就是對零件上各個特征施加各種約束，各個特征的幾何形狀與尺寸大小用變量參數(shù)的方式來表示，如定義某個特征變量的參數(shù)發(fā)生了改變，則零件的這個特征的幾何形狀或尺寸的大小將隨參數(shù)的改變而改變。本文是基于UG下對滾動軸承進行標準庫的建立，根據(jù)滾動軸承的特點采用草圖、表達式的相關性等方法建立三維參數(shù)化模型來建立滾動軸承的標準庫。2UG環(huán)境下標準件庫的開發(fā)方法及參數(shù)化設計UG環(huán)境下標準件庫的開發(fā)方法，大致可以分為以下幾種：(1)關系表達式法：建立標準件的三維模型，通過ToolsExpression修改表達式的值驅(qū)動模型的更新實現(xiàn)系列化設計進而建立標準件庫。(2)電子表格法：先創(chuàng)建模板文件，在此基礎上確定一組特征參數(shù)來控制模型的幾何拓撲關系，并將其系列尺寸填入到Excel家族成員表中，通過選擇表中不同系列的尺寸驅(qū)動模型更新建立標準件庫。(3)用戶自定義特征(UDF)法：采用UDF功能，將標準件的三維模型定義成特征，在調(diào)用時改變所需的參數(shù)，此種方法無法加入經(jīng)驗控制規(guī)則，缺乏智能性且交互性差。(4)編程法：采用UGOpen二次開發(fā)工具為每一種標準件建立一個子程序，并自動形成裝配所需part文件，運用這種方法開發(fā)者必須熟悉編程，并且工作量很大，增加了實現(xiàn)的難度7。由于電子表格法可以根據(jù)裝配的需要及時選擇參數(shù)以生成部件，又比較易于制作，本文就采用其中的電子表格法，它利用了參數(shù)化設計的基本思想。參數(shù)化設計的基本手段有程序驅(qū)動（Program-Driven）與尺寸驅(qū)動（Dimension-Driven）兩種8。尺寸驅(qū)動是對程序驅(qū)動的擴展，它的基本思想是由應用程序生成所涉及的基圖，該圖的尺寸有一系列的標識，這些尺寸由用戶在編程時輸入或交互式輸入，從而生成用戶所需要的模型。參數(shù)化設計的優(yōu)點有兩點：1）參數(shù)化設計技術以其強有力的尺寸驅(qū)動修改圖形功能為初始產(chǎn)品設計、產(chǎn)品建模和修改系列產(chǎn)品設計提供了有效的手段；2）參數(shù)化設計可以滿足設計具有相同或相近幾何拓撲結(jié)構的工程系列產(chǎn)品及相關工藝裝備的需要。利用多組參數(shù)驅(qū)動零部件的特征尺寸和位置尺寸以完成零部件的三維建模，減少了大量重復、繁瑣的工作，大大提高了設計效率和設計精度13。3滾動軸承標準件庫創(chuàng)建方法在計算機輔助設計領域，從零件到組件，從組件到部件，從部件到產(chǎn)品，都不同程度地存在系列化的問題。例如標準件滾動軸承，在產(chǎn)品的系列化設計中此類零件經(jīng)常是幾何拓撲結(jié)構相同或相似，尺寸規(guī)格不同，工程設計人員常常因不同尺寸而重復設計，這樣不僅浪費時間精力，而且造成產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫過大，不易管理，且容易出現(xiàn)問題。面對上述問題，UG提供了一套完整的產(chǎn)品設計解決方案，可以在產(chǎn)品模型設計的各個方面完成參數(shù)化設計，實現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構的可控性。軸承的外徑、內(nèi)徑、寬度和內(nèi)外圈倒角半徑是軸承的主要設計參數(shù)，在UG軟件中把這些參數(shù)作為設計變量建立軸承的參數(shù)化模型，即可使軸承的三維模型可根據(jù)設計參數(shù)變化而改變。在建模工作平面上直接生成的平面圖形或?qū)嶓w，不能完全利用參數(shù)驅(qū)動其形狀、尺寸和位置，而在草圖平面中建立的每一個對象都可以通過施加約束，建立形狀、尺寸和位置參數(shù)，實現(xiàn)參數(shù)化設計3。在建立滾動軸承標準庫時,首先是在草圖模式下建立滾動軸承的內(nèi)圈、外圈和滾子并且對草圖進行尺寸約束和幾何關系約束，以實現(xiàn)參數(shù)化設計。其次通過旋轉(zhuǎn)和環(huán)形陣列操作生成參數(shù)化的實體模型。最后通過部件族電子表格來創(chuàng)建滾動軸承的標準庫。4滾動軸承標準件庫創(chuàng)建4.1滾動軸承的分類根據(jù)軸承中摩擦性質(zhì)的不同，可以把軸承分為滑動軸承和滾動軸承兩大類。而根據(jù)滾動軸承的結(jié)構形式不同還可以將滾動軸承分為深溝球軸承、角接觸球軸承、圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承、調(diào)心軸承、推力球軸承等。為減少設計和使用人員的工作量，下面以常用的五種軸承的結(jié)構形式建立了五個標準庫，在工作過程中，工作人員只需打開標準庫，按軸承標號調(diào)出相應的軸承即可得到所需的軸承模型。4.2深溝球軸承標準庫的創(chuàng)建4.2.1提取基本參數(shù)建立表達式如右圖1所示,深溝球軸承的基本結(jié)構尺寸有D、d、B和內(nèi)外圓倒角半徑rs（未標注）。而其余任意約束尺寸均可通過這三個基本尺寸，由一個特定的表達式表示出來。以6000（GB/T276-94）為例6000深溝球軸承的基本參數(shù)如下：d=10mm/軸承內(nèi)徑D=26mm/軸承外徑圖1深溝球軸承的結(jié)構b=8mm/軸承寬度rs=0.3mm/軸承內(nèi)外圈圓角半徑在后期的模型草圖繪制過程中，可以利用這三個基本變量來建立不同的表達式，從而達到利用這三個變量約束整個草圖的所有尺寸的目的。根據(jù)模型所需參數(shù)建立如下表達式：A=(D-d)/2/軸承的厚度從標題欄【工具】打開表達式對話框如圖所示，用D代表d，用DD代表D，用B代表b，用R代表r，輸入?yún)?shù)表達式所示（圖2）。4.2.2深溝球軸承模型的創(chuàng)建（1）在xcyc平面建立圖3所示草圖，并通過所建立的表達式對圖形進行約束，然后繞xc坐標軸旋轉(zhuǎn)生成基體實體（圖4）。圖2表達式對話框圖3內(nèi)外圈結(jié)構草圖圖4內(nèi)外圈結(jié)構實體（2）在xcyc平面建立圖5(圓)和圖6(點)所示草圖，并通過所建立的表達式對圖形進行約束。圖5滾子圓結(jié)構草圖圖6點位置草圖圖7滾子實體模型將內(nèi)外圈實體隱藏后,讓圖5示圓沿xc坐標軸矢量方向，繞圖6所示點旋轉(zhuǎn)生滾子實體（圖7）。通過布爾操作【求和】將滾子和內(nèi)圈合并，點擊【特征操作】中【實例特征】，打開如圖（8）所示，點擊【環(huán)形陣列】，對滾子進行陣列操作，即可生成如圖（9）所示的10個滾子的實體模型。圖8實例對話框圖9滾子實體模型（3）顯示隱藏的外圈，通過【特征操作】中的【邊倒圓】選項，分別選中軸承內(nèi)外圈的邊，在設置項的下拉菜單中選擇公式輸入，并分別輸入R即可得到軸承內(nèi)外圈圓角（如圖10）。圖10倒角后深溝球軸承的實體模型4.2.3深溝球軸承模型生成標準庫在完成深溝球軸承參數(shù)化模型的創(chuàng)建后,我們就可以將其當作一個部件模板,來創(chuàng)建與其結(jié)構相似的其他設計參數(shù)值的深溝球軸承模型,既深溝球軸承的標準庫。部件組電子表格是用來創(chuàng)建和管理部件庫的，該電子表格可以將一個系列部件的可變參數(shù)管理起來，通過修改或添加表格數(shù)據(jù)就可以很方便地更新已存在部件或生成新的部件，而無需重新創(chuàng)建部件模型。（1）單擊【工具】【部件族】命令,系統(tǒng)彈出如圖11所示的【部件族】對話框,并將B、D、DD、R作為添加列進行添加。對于族保存目錄可以選擇默認也可以另行設置，但是其目錄中不允許有