基于UG的滚动轴承的标准库制作设计Word文件下载.docx

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4.6.3圆锥滚子轴承模型生成标准库19

5结束语20

谢辞21

参考文献22

1绪论

滚动轴承是现代机器中广泛应用的部件之一，它是依靠主要元件间的滚动解出来支撑转动零件的。

滚动轴承绝大多数已经标准化，也是部件典型参数化设计的系列化零件。

为了适应各种不同工况的需要，要求有各种不同特性的滚动轴承，以获得预期的使用效果[1]。

随着CAD/CAM技术的发展，产品的设计与制造有了新的发展，即从三维到二维的设计步骤，也就是首先要建立三维模型，然后自动生成二维的工程图纸，或者利用三维零件模型直接生成数控代码，实现无图纸加工，节约时间和成本[3]。

因此对滚动轴承进行直接、快速、高效、精确的三维造型显得尤为重要。

由此可知滚动轴承的标准库建立显得非常有意义。

目前有许多三维造型软件如UG、Pro/E、SolidWorks等，UG（Unigraphics）是美国EDS公司开发CAD/CAM/CAE系统，是当前国际流行的工业设计平台。

它在全球已经拥有众多用户，广泛应用于机械、汽车、飞机、电器、化工等各个行业的产品设计、制造与分析。

作为一款实用的工业设计软件包，UG为用户提供了强大的复合建模手段，包括实体建模、自由曲面建模、特征建模、装配建模等基本建模功能。

UG软件的几何特征建模，比其他三维软件的体素建模所携带的信息量大，质量高，而且表达简单（体素建模不含定位特性和定位相关性），能够简洁、清楚的描述出零件的集合形状，属性等，为后继的快速、方便装配及制造提供了基础，同时对硬件资源的消耗也小。

此外，它还具有良好的开放性、容错性以及灵活的桌面管理方式、简洁的操作等优点[5]。

所谓参数化就是对零件上各个特征施加各种约束，各个特征的几何形状与尺寸大小用变量参数的方式来表示，如定义某个特征变量的参数发生了改变，则零件的这个特征的几何形状或尺寸的大小将随参数的改变而改变。

本文是基于UG下对滚动轴承进行标准库的建立，根据滚动轴承的特点采用草图、表达式的相关性等方法建立三维参数化模型来建立滚动轴承的标准库。

2UG环境下标准件库的开发方法及参数化设计

UG环境下标准件库的开发方法，大致可以分为以下几种：

（1）关系表达式法：

建立标准件的三维模型，通过Tools→Expression…修改表达式的值驱动模型的更新实现系列化设计进而建立标准件库。

（2）电子表格法：

先创建模板文件，在此基础上确定一组特征参数来控制模型的几何拓扑关系，并将其系列尺寸填入到Excel家族成员表中，通过选择表中不同系列的尺寸驱动模型更新建立标准件库。

（3）用户自定义特征（UDF）法：

采用UDF功能，将标准件的三维模型定义成特征，在调用时改变所需的参数，此种方法无法加入经验控制规则，缺乏智能性且交互性差。

（4）编程法：

采用UG\Open二次开发工具为每一种标准件建立一个子程序，并自动形成装配所需part文件，运用这种方法开发者必须熟悉编程，并且工作量很大，增加了实现的难度[7]。

由于电子表格法可以根据装配的需要及时选择参数以生成部件，又比较易于制作，本文就采用其中的电子表格法，它利用了参数化设计的基本思想。

参数化设计的基本手段有程序驱动（Program-Driven）与尺寸驱动（Dimension-Driven）两种[8]。

尺寸驱动是对程序驱动的扩展，它的基本思想是由应用程序生成所涉及的基图，该图的尺寸有一系列的标识，这些尺寸由用户在编程时输入或交互式输入，从而生成用户所需要的模型。

参数化设计的优点有两点：

1）参数化设计技术以其强有力的尺寸驱动修改图形功能为初始产品设计、产品建模和修改系列产品设计提供了有效的手段；

2）参数化设计可以满足设计具有相同或相近几何拓扑结构的工程系列产品及相关工艺装备的需要。

利用多组参数驱动零部件的特征尺寸和位置尺寸以完成零部件的三维建模，减少了大量重复、繁琐的工作，大大提高了设计效率和设计精度[13]。

3滚动轴承标准件库创建方法

在计算机辅助设计领域，从零件到组件，从组件到部件，从部件到产品，都不同程度地存在系列化的问题。

例如标准件滚动轴承，在产品的系列化设计中此类零件经常是几何拓扑结构相同或相似，尺寸规格不同，工程设计人员常常因不同尺寸而重复设计，这样不仅浪费时间精力，而且造成产品数据库过大，不易管理，且容易出现问题。

面对上述问题，UG提供了一套完整的产品设计解决方案，可以在产品模型设计的各个方面完成参数化设计，实现产品结构的可控性。

轴承的外径、内径、宽度和内外圈倒角半径是轴承的主要设计参数，在UG软件中把这些参数作为设计变量建立轴承的参数化模型，即可使轴承的三维模型可根据设计参数变化而改变。

在建模工作平面上直接生成的平面图形或实体，不能完全利用参数驱动其形状、尺寸和位置，而在草图平面中建立的每一个对象都可以通过施加约束，建立形状、尺寸和位置参数，实现参数化设计[3]。

在建立滚动轴承标准库时,首先是在草图模式下建立滚动轴承的内圈、外圈和滚子并且对草图进行尺寸约束和几何关系约束，以实现参数化设计。

其次通过旋转和环形阵列操作生成参数化的实体模型。

最后通过部件族电子表格来创建滚动轴承的标准库。

4滚动轴承标准件库创建

4.1滚动轴承的分类

根据轴承中摩擦性质的不同，可以把轴承分为滑动轴承和滚动轴承两大类。

而根据滚动轴承的结构形式不同还可以将滚动轴承分为深沟球轴承、角接触球轴承、圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、调心轴承、推力球轴承等。

为减少设计和使用人员的工作量，下面以常用的五种轴承的结构形式建立了五个标准库，在工作过程中，工作人员只需打开标准库，按轴承标号调出相应的轴承即可得到所需的轴承模型。

4.2深沟球轴承标准库的创建

4.2.1提取基本参数建立表达式

如右图1所示,深沟球轴承的基本

结构尺寸有D、d、B和内外圆倒角半

径rs（未标注）。

而其余任意约束尺

寸均可通过这三个基本尺寸，由一个

特定的表达式表示出来。

以6000（GB/T276-94）为例6000

深沟球轴承的基本参数如下：

d=10mm//轴承内径

D=26mm//轴承外径图1深沟球轴承的结构b=8mm//轴承宽度

rs=0.3mm//轴承内外圈圆角半径在后期的模型草图绘制过程中，可以利用这三个基本变量来建立不同的表达

式，从而达到利用这三个变量约束整个草图的所有尺寸的目的。

根据模型所需参数建立如下表达式：

A=（D-d）/2//轴承的厚度

从标题栏——【工具】打开表达式对话框如图所示，用D代表d，用DD代表D，用B代表b，用R代表r，输入参数表达式所示（图2）。

4.2.2深沟球轴承模型的创建

（1）在xc—yc平面建立图3所示草图，并通过所建立的表达式对图形进行约束，然后绕xc坐标轴旋转生成基体实体（图4）。

图2表达式对话框

图3内外圈结构草图图4内外圈结构实体

（2）在xc—yc平面建立图5（圆）和图6（点）所示草图，并通过所建立的表达式对图形进行约束。

图5滚子圆结构草图图6点位置草图图7滚子实体模型

将内外圈实体隐藏后,让图5示圆沿xc坐标轴矢量方向，绕图6所示点旋转生滚子实体（图7）。

通过布尔操作【求和】将滚子和内圈合并，点击【特征操作】中【实例特征】，打开如图（8）所示，点击【环形阵列】，对滚子进行阵列操作，即可生成如图（9）所示的10个滚子的实体模型。

图8实例对话框图9滚子实体模型

（3）显示隐藏的外圈，通过【特征操作】中的【边倒圆】选项，分别选中轴承内外圈的边，在设置项的下拉菜单中选择公式输入，并分别输入R即可得到轴承内外圈圆角（如图10）。

图10倒角后深沟球轴承的实体模型

4.2.3深沟球轴承模型生成标准库

在完成深沟球轴承参数化模型的创建后,我们就可以将其当作一个部件模板,来创建与其结构相似的其他设计参数值的深沟球轴承模型,既深沟球轴承的标准库。

部件组电子表格是用来创建和管理部件库的，该电子表格可以将一个系列部件的可变参数管理起来，通过修改或添加表格数据就可以很方便地更新已存在部件或生成新的部件，而无需重新创建部件模型。

（1）单击【工具】→【部件族】命令,系统弹出如图11所示的【部件族】对话框,并将B、D、DD、R作为添加列进行添加。

对于族保存目录可以选择默认也可以另行设置，但是其目录中不允许有中文存在。

图11部件族对话框图12部件族电子表格

（2）点击【创建】按钮，在弹出的电子表格内输入如图12所示的数据。

（3）点击电子表格里【部件族】→【创建部件】命令，UG将按电子表格中的数据进行标准库的创建，并按指定的路径进行保存。

至此深沟球轴承的标准库已经制作完。

图13为按存盘路径打开的标准库文件夹。

使用者如有需要，即可按轴承代号进行检索，直接点击打开就可获得相应代号的深沟球轴承模型。

图13标准库文件夹

图14滚动轴承模型对比

为对标准库作较好的比较，通过导入方式分别将代号为6000、6201、6303的轴承导入到同一界面。

其模型对比如上图14所示。

4.3角接触球轴承标准库的创建

4.3.1提取基本参数建立表达式

如右图15所示,角接触球轴

承的基本结构尺寸有D、d、B

和内外圆倒角半径rs和r1s（未

标注）。

而其余任意约束尺寸均

可通过这三个基本尺寸，由一个

7000C角接触球轴承的基本参数如下：

图15角接触球轴承

D=26mm//轴承外径

B=8mm//轴承宽度

rs=0.3mm//轴承外圈圆角半径

r1s=0.15mm//轴承外圈圆角半径

A=（D-d）/2//轴承的厚度

从标题栏——【工具】打开表达式对话框如图所示，用D代表d，用DD代表D，用B代表b，用Rs代表rs，用R1s代表rs，输入参数表达式,如图16所示。

图16表达式对话框

4.3.2角接触球轴承模型的创建

（1）在xc—yc平面建立图17所示草图，并通过所建立的表达式对图形进行约束，然后绕xc坐标轴旋转生成基体实体（图18）。

图17内外圈结构草图图18内外圈结构实体

（2）在xc—yc平面建立圆（图19）和点（图20）所示草图，并通过所建立的表达式对图形进行约束。

将内外圈实体隐藏后,让图19所示圆沿xc坐标轴矢量方向，绕图20所示点旋转生滚子实体（图21）。

通过布尔操作【求和】将滚子和内圈合并，点击【特征操作】中【实例特征】，打开如图（22）所示，点击“环形阵列”，对滚子进行阵列操作，即可生成如图（23）所示的10个滚子的实体模型。

图19滚子圆结构草图图20点位置草图图21滚子实体模型

图22实例对话框图23滚子实体模型

通过【实例特征】中的【边倒圆】选项，分别选中轴承内外圈的边，在设置项的下拉菜单中选择公式输入，并分别输入“Rs”和“R1s”即可得到轴承内外圈圆角（图24）。

其中外圈两个圆角半径值为R1s；

内圈两个圆角半径值为Rs。

图24倒角后角接触球轴承的实体模型

4.3.3角接触球轴承模型生成标准库

（1）单击【工具】→【部件族】命令,系统弹出如图25所示的【部件族】对话框,并将B、D、DD、R作为添加列进行添加。

图25部件族对话框图26部件族电子表格

（2）点击【创建】按钮，在弹出的电子表格内输入如图26所示的数据。

至此角接触球轴承的标准库我们已经制作完。

图27为按存盘路径打开的标准库文件夹。

图27标准库文件夹

为对标准库作较好的比较，通过导入方式分别将代号为7000C、7201C、7301C的角接触球轴承导入到同一界面。

其模型正视图对比（图28）。

图28滚动轴承模型对比

4.4推力球轴承标准库的创建

4.4.1提取基本参数建立表达式

如图31所示推力球轴承的基本

结构尺寸有D、d、B和内外圆倒角

半径rs。

而其余任意约束尺寸均可

通过这三个基本尺寸，由一个特定

的表达式表示出来。

7000C角接触球轴承的基本参数如下：

T=11mm//轴承宽度图29推力球轴承结构

从标题栏——【工具】打开表达式对话框如图所示，用D代表DD，用D代表d，用R代表r，输入参数表达式（图30）。

4.4.2推力球轴承模型的创建

（1）在xc—yc平面建立图31所示草图，并通过所建立的表达式对图形进行约束，然后绕xc坐标轴旋转生成基体实体（图32）。

（2）在xc—yc平面建立圆（图33）和点（图34）所示草图，并通过所建立的表达式对图形进行约束。

图30表达式对话框

图31内外圈结构草图图32内外圈结构实体

图33滚子圆结构草图图34点位置草图图35滚子实体模型

将内外圈实体隐藏后,让图33所示圆沿xc坐标轴矢量方向，绕图34示点旋转生滚子实体（图35）。

通过布尔操作【求和】将滚子和内圈合并，点击【特征操作】中【实例特征】，点击“环形阵列”，对滚子进行阵列操作，即可生成如图（36）所示的10个滚子的实体模型。

图36滚子实体模型图37倒角后推力球轴承的实体模型

（3）显示隐藏的外圈，通过【特征操作】中的【边倒圆】选项，分别选中轴承内外圈的边，在设置项的下拉菜单中选择公式输入，并分别输入R即可得到如图37所示的轴承内外圈圆角。

4.4.3推力球轴承模型生成标准库

（1）单击【工具】→【部件族】命令,系统弹出如图38所示的【部件族】对话框,并将B、D、DD、R作为添加列进行添加。

（2）点击【创建】按钮，在弹出的电子表格内输入基本参数。

图38部件族对话框图39标准库文件夹

图39为按存盘路径打开的标准库文件夹。

为对标准库作较好的比较，通过导入方式分别将代号为51200、51305、51405的角接触球轴承导入到同一界面。

其模型正视图对比（图40）。

图40推力球模型对比

4.5圆柱滚子轴承标准库的创建

4.5.1提取基本参数建立表达式

如右图41所示,圆柱滚子轴

N204E型圆柱滚子轴承的基本参数如下：

d=20mm//轴承内径

D=47mm//轴承外径图41圆柱滚子轴承结构图

b=14mm//轴承宽度

rs=1mm//轴承内圈圆角半径

r1s=0.6mm//轴承外圈圆角半径

从标题栏——【工具】打开表达式对话框如图所示，用D代表d，用DD代表D，用B代表b，用Rs代表rs，用R1s代表r1s，输入参数表达式（图42）。

4.5.2圆柱滚子轴承模型的创建

（1）在xc—yc平面建立图43所示草图，并通过所建立的表达式对图形进行约束，然后绕xc坐标轴旋转生成基体实体（图44）。

图42表达式对话框

图43内外圈结构草图图44内外圈结构实体

（2）在xc—yc平面建立（图45）草图，并通过所建立的表达式对图形进行约束。

图45滚子结构草图图46中心线位置草图图47滚子实体模型

将内外圈实体隐藏后,让图45所示圆沿xc坐标轴矢量方向，绕图46所示中心线旋转生滚子实体（图47）。

通过布尔操作【求和】将滚子和内圈合并，点击【特征操作】中【实例特征】，点击“环形阵列”，对滚子进行阵列操作，即可生成如图（48）所示的10个滚子的实体模型。

图48滚子实体模型图49倒角后圆柱滚子轴承的实体模型

（3）显示隐藏的外圈，通过【特征操作】中的【边倒圆】选项，分别选中轴承内外圈的边，在设置项的下拉菜单中选择公式输入，并分别输入R即可得到如图49所示的轴承内外圈圆角。

4.5.3圆柱滚子轴承模型生成标准库

（1）单击【工具】→【部件族】命令,系统弹出如图50所示的【部件族】对话框,并将B、D、DD、R作为添加列进行添加。

图50部件族对话框图51标准库文件夹

图51为按存盘路径打开的标准库文件夹。

使用者如有需要，可按轴承代号进行检索，直接点击打开就可获得相应代号的深沟球轴承模型。

为对标准库作较好的比较，通过导入方式分别将代号为N204F、N304F、N305F的圆柱滚子轴承导入到同一界面。

其模型对比（图52）。

图52圆柱滚子轴承对比

4.6圆锥滚子轴承标准库的创建

4.6.1提取基本参数建立表达式

如右图53所示,圆锥滚子轴

承的基本结构尺寸有B、C、D、

d、T和内外圆倒角半径rs和r1s

（未标注）。

寸均可通过这七个基本尺寸，由

一个特定的表达式表示出来。

圆锥滚子轴承中代号为30206

的轴承的基本参数如下：

d=30mm//轴承内径图53圆锥滚子轴承结构

D=62mm//轴承外径

B=16mm//轴承内圈宽度

C=14mm//轴承外圈宽度

T=17.25mm//轴承宽度

Rs=1mm//轴承内圈圆角半径

R1s=1mm//轴承外圈圆角半径

从标题栏——【工具】打开表达式对话框，用D代表d，用DD代表D，用R1s代表r1s，用Rs代表rs，输入参数（图54）。

4.6.2圆锥滚子轴承模型的创建

（1）在xc—yc平面建立图55所示草图，并通过所建立的表达式对图形进行约束，然后绕xc坐标轴旋转生成基体实体（图56）。

（2）在xc—yc平面建立矩形（图57）和中心线（图58）草图，并通过所建立的表达式对图形进行约束。

图54表达式对话框

图55内外圈结构草图图56内外圈结构实体

图57滚子结构草图图58中心线位置草图图59滚子实体模型

将内外圈实体隐藏后,让图57示圆沿xc坐标轴矢量方向，绕图58所示中心线旋转生滚子实体（图59）。

通过布尔操作【求和】将滚子和内圈合并，点击【特征操作】中【实例特征】，点击【环形阵列】，对滚子进行阵列操作，即可生成如图（60）所示的10个滚子的实体模型。

图60滚子实体模型图61倒角后圆锥滚子轴承的实体模型

（3）显示隐藏的外圈，通过【特征操作】中的【边倒圆】选项，分别选中轴承内外圈的边，在设置项的下拉菜单中选择公式输入，并分别输入R即可得到轴承内外圈圆角（图61）。

4.6.3圆锥滚子轴承模型生成标准库

（1）单击【工具】→【部件族】命令,系统弹出【部件族】对话框（图62）,并将B、D、DD、R作为添加列进行添加。

下图63为按存盘路径打开的标准库文件夹。

为对标准库作较好的比较，通过导入方式将任意三个圆锥滚子轴承导入到同一界面。

其模型对比（图64）。

图62部件族对话框图63标准库文件夹

图64不同轴承模型对比图

5结束语

本文通过实例介绍了轴承三维模型的参数化设计，根据不同结构类型建立不同的参数化模板，利用多组参数驱动零件的特征尺寸和位置尺寸以完成轴承的三维建模，提高了轴承的参数化程度，最后通过部件族电子表格来创建轴承的标准库，从而为设计人员减少了大量重复、繁琐、复杂的设计过程，大大提高了设计效率和设计精度。

但由于资料和水平有限，轴承结构参数化设计系列做的还不够全面，在以后的学习和设计中将会加以改进。

谢辞

在毕业设计结束之际，首先感谢我的指导教师在本次设计中给予我殷切指导，在整个设计过程中田老师在设计思路和设计方法上给予我以充分的指导。

老师渊博的知识和治学严谨让我十分佩服。

在本次设计中我不仅受到老师的学风、师德的熏陶，而且他的学识和风范、关怀和教诲，将成为我永远的精神动力，并相信这在我的人生中将会受益匪浅，同时也使自己的理论学习和实际联系得更加紧密。

参考文献

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高等教育出版社，2005

[2]曾向阳,谢国明，王学平.UGNX高级开发实例[M].北京：

电子工业出版社，2004

[3]陈立德.机械设计基础课程设计[M].北京：

高等教育出版社，2006

[4]沈精虎.UGNX中文版机械设计基础教程[M].北京:

人民邮电出版社,2006

[5]胡仁喜.精通UGNX4.0机械设计[M].北京:

电子工业出版社,2006

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