基于 SolidWorks系統的快速軸承設計應用研究

蘇玲霞等

利用SolidWorks 繪制深溝球軸承各個零件， 創建裝配體文件進行裝配，并建立方程式使各零件的尺寸與軸承的外形尺寸和主參數連接。通過XYZ 點的曲線創建fofc曲線，求解fofc 值，從而求出軸承的Cor、Cr。用模具-型腔功能求解軸承有效空間，從而求出注脂量。

SolidWorks 三維設計軟件是一個基于特征、參數化和實體建模的設計工具。該軟件采用Windows 圖形用戶界面，易學易用，在中國市場普及率較高。利用SolidWorks 可以創建全相關的三維實體模型， 設計過程中，實體之間可以存在或不存在約束關系；同時，還可以利用自動的或用戶定義的約束關系來體現設計意圖。

軸承作為基礎件已經系列化、標準化，同一類軸承只是尺寸大小不同，結構基本一致。現利用SolidWorks 軟件創建模板文件，以實現同類軸承不同型號的快速設計并出圖，下面以深溝球軸承6203 為例進行講解。

深溝球軸承外形尺寸應符合GB276 的規定，根據洛陽軸承研究所《深溝球軸承設計方法》優化設計求出球徑、球中心徑和球數等主參數。其它尺寸都通過設計方法中的相關公式計算求得。外形尺寸及主參數如表1 所示。

一、零件建模

深溝球軸承的內、外圈都是回轉件，并且軸承一般為大批量生產，在設計過程中還要充分考慮生產工藝。下面以內圈為例說明。

在前視基準面創建草圖，并繪制內圈截面形狀。最外層矩形為鋼管毛坯形狀 （如果是鍛造工藝可繪制成鍛件形狀 ），最里層為成品形狀，中間為車件形狀。尺寸標注時先標注成品的尺寸，并將其設為驅動，然后再標注磨削余量及車削余量，也設為驅動但不為工程圖標注，再標注車件、鋼管（鍛件）尺寸并設為從動尺寸 ，標注要符合工程圖的布局要求。繪制好的草圖如圖 1、2所示。

利用旋轉特征形成實體，選擇草圖最外層輪廓，形成鋼管實體，然后用旋轉切除功能選擇外層局部范圍切除車加工余量形成不帶槽車件實體。再選中不帶槽車件的磨削部分旋轉切除形成不帶槽成品。將上一特征壓縮，實體轉為不帶槽車件，選擇草圖的防塵槽區域旋轉切除形成帶槽車件，使用鏡像特征生產另一個防塵槽。選擇磨削余量區域，旋轉切除形成帶槽成品。

為區分各特征，可將設計樹上的特征名稱改為相應的工藝名稱。因部分選擇的區域較小，可將各特征設置為不同的顏色，以方便分辨該特征是否有漏選區域。最終設計樹和實體模型如圖3 所示。

轉到配置項創建子配置，并壓縮相應特征，壓縮狀態如表 2所示。

沖壓保持架和密封件加工過程比較復雜，一般也是由專業化廠家生產，建模時可以不考慮加工過程。保持架拉伸形成坯體再旋轉切除形成球兜并圓周陣列，選三個面利用抽殼功能形成保持架的形狀，再切除鉚釘孔并陣列。草圖中多利用幾何關系定位，同一個尺寸盡量標注一次。如球兜孔中心、鉚釘孔中心設置為與球中心圓重合，切除時深度設置成完全貫穿，可避免形成不必要的尺寸，如圖4所示。

密封件與內外圈防塵槽結構尺寸相關，所以設計時，先標注最大外徑與最小內徑的尺寸，并設為從動，其它結構尺寸標注到最大外徑或最小內徑的距離。密封圈可以形成兩個封閉區域，分別旋轉且不合并實體，以設置不同的材料屬性。實體如圖5 所示。

鋼球與鉚釘也是旋轉形成的，在這里不做詳述。

二、各零件的裝配

將內外圈、保持架裝入裝配體，通過配合關系達到實際安裝狀態，配合時選擇基準面和草圖中的旋轉軸，不要選內外圈的表面，因內、外圈有多個配置，更改配置后表面會發生改變，從而造成配合錯誤。將兩零件的草圖所在的基準面、旋轉軸和對稱基準面設置為重合，再裝入鋼球、鉚釘和保持架，并將其相互間及內外圈配合好。采用特征驅動陣列形式填充所需數量，通過鏡像形成另一片保持架。密封件裝配時，也要選密封件和外圈草圖中的線重合，而不能選內外圈實體表面，如圖 6所示。

進入密封件的編輯狀態，標注最大外徑與外圈防塵槽的尺寸和最小內徑與內圈防塵槽的尺寸，默認驅動并設為不為工程圖標注，這樣使密封件與內外圈的防塵槽相互關聯。再通過鏡像形成另一片密封件，同樣的方法可形成其它結構的密封件。密封件一定要分別鏡像。這樣可以通過不同的配置壓縮不同零件而生成不同的密封結構。

三、建立方程式將各個零件的尺寸與軸承外形尺寸和主參數連接

在裝配體中插入方程式，在其全局變量項輸入外形尺寸、主參數及系數，在方程式的零部件項添加方程式，展開設計樹中外圈零件的草圖，雙擊草圖顯示尺寸。雙擊相應尺寸將其輸入方程式中，并在后面輸入與全局變量的關系式，以同樣的方法完成其他零件，這樣內外圈、保持架、鉚釘、鋼球通過方程式與外形尺寸和主參數驅動。密封件通過與內外圈防塵槽的間隙或過盈量驅動。方程式如圖 7所示。

軸承出圖時還要標注額定負荷和注脂量，可利用 SolidWorks的模具功能求出軸承的內部空間，以開式軸承為例。

創建一個新零件，點插入—曲線—通過 XYZ點的曲線，根據 GB/T 63911中表 2向心球軸承的 fc值，將的值輸入表格的 X列中（為顯示方便將其擴大 100倍）， fc值輸入 Y列中， Z列全部輸入0，這樣就在 X—Y平面（前視基準面）形成一條 fc曲線；同樣根據 GB/T4662表 1向心球軸承的 fo值，形成 fo曲線。在前視基準面 X-Y平面創建草圖，先通過原點沿水平、垂直方向各繪制一條構造線，在兩條曲線上分別繪制 2個點，并使兩點豎直，定義其到原點的 X方向的距離為驅動尺寸，這就是 的值，再標注兩點到原點的 Y方向距離（從動尺寸），這就求得相應的 fc和 fo值 ，通過做圖法完成插值法求解。

再在上方繪制一個矩形，定義為 Y軸對稱，尺寸定義如圖 7所示，旋轉形成實體保存，命名為深溝球軸承 fofc表，將其裝入軸承裝配體并拖動深溝球軸承特征樹順序到最頂層。在裝配體零件樹中選中深溝球軸承 fofc表，進入編輯狀態，點插入—模具—型腔，選中裝配體中的其他零件，形成型腔。更改材料屬性將密度改為潤滑脂的密度，插入方程式，在全局變量添加參數如圖，并在自定義屬性添加參數使其等于方程式中的全局變量，退出編輯狀態。打開裝配體方程式，在零件變量添加 fofo表中各尺寸及曲線上兩點的 X方向距離 。在裝配體方程式全局變量中添加 Cr和 Cor、填球角、fo和 fc值，選擇深溝球軸承 fofc表零件中曲線上兩點標注的 Y方向距離。裝配體最終的方程式如圖 7所示。

在裝配體自定義屬性添加 min徑向游隙、max徑向游游隙、Cr、Cor，完成裝配體。可進行干涉檢查，查看是否有不恰當的干涉。除密封圈外應沒有干涉。壓縮 fofc表再進行間隙驗證，驗證軸承的游隙設計是否合理，若沒有問題就可以生成工程圖了。

四、生成工程圖

出工程圖較簡單，在此不做詳細闡述，但有幾點要注意：（1）建立剖視圖時，以實體模型草圖所在基準面剖開；（2）內外圈工程圖會有局部放大圖，要在實體的草圖中繪制構造線，并定義局部放大圖的草圖與其幾何關系，防止更改后局部放大圖的位置變動；（3）在裝配體工程圖中可以將 Cr、Cor與裝配體中自定義屬性的 Cr、Cor連接。

五、打包形成新的型號

檢查所有文件沒有問題后，就可以將這套模型和工程圖作為模板使用。當需要設計新的型號時，打開裝配體使用打包命令，勾選工程圖并添加前綴，在添加前綴項填寫軸承型號，如 6205，選擇相應的文件夾保存，打開 6205深溝球軸承裝配體，更改外形尺寸和主參數重新建模并檢查，對工程圖更改圖樣比例并整理各元素的位置，就形成了一套新型號軸承的圖樣。

六、結語

（1）將所有的計算公式放在軟件中計算可有效防止手工計算出錯并提高效率。利用模具型腔求解注脂量方便快捷。

（2）提高出圖效率，模板完成后，可在兩小時內完成全套的圖樣。

（3）內外圈按加工過程設計，在設計過程中分配加工余量。

（4）該方法全部利用現有軟件，不需要學習二次開發，易于學習。

（5）形成三維模型可進一步進行有限元分析，優化軸承結構。

以上方法是我們在 SolidWorks使用過程中的一點經驗積累，利用其它軟件也能實現。也存在著一定問題，需進一步改進和完善。endprint