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SolidWorks在油封三维设计中的应用
2009-02-02 13:36 by:有限元 来源:广州有道有限元
摘要：油封有油封唇口、油封骨架以及弹簧等三部分组成。结构相同或大小相似的同类油封规格型号种类繁多，本文介绍了利用SolidWorks在油封产品三维设计中，利用配置分别建立油封三个零件的模块，然后利用SolidWorks智能拖动装配技术，装配形成不同规格的油封。
1.油封的组成
　　在装有旋转轴的设备中，要防止润滑介质泄漏和灰尘杂质进入设备，都要使用旋转轴用油封。其典型结构可分为：内包骨架带副唇、内包骨架无副唇、外露骨架带副唇以及外露骨架无副唇等四大类，其它结构可看成其变形结构。本文以外露骨架无副唇油封来讨论，其结构示意图如图1所示。
　
2.油封零件模块化设计
2.1 模块化设计方法的确定
　　在用SolidWorks软件进行油封产品三维造型设计时，存在两种设计方法：自顶向下法、自底向上法。自底向上法是利用已经建立好的零件设计装配体，装配体的设计好象一个装配车间利用已经加工完成的零件，根据不同的位置和装配约束关系，将一个个零件安装成产品，而自顶向下法就是在装配环境下建立零件或特征，零件的特征可以考虑装配体中零件的位置、轮廓，因此会建立新的外部参考，根据油封设计的实际情况，选用自底向上法对油封进行三维设计。
2.2 标准油封样件的确定
　　在模块化设计方法指导下，按GB/T9877.2-88任选一油封的实际参数，该油封包括外骨架、油封唇口、弹簧三大结构模块，使之在很大程度上反映出该类油封的各种型号。
3．油封零件模块设计实例
3.1 油封零件模块设计要求和解决方案
3.1.1油封零件模块设计要求
a)油封中各零件能够符合规格要求，以便于在装配体中调用。
b)可以非常方便进行管理，如添加、修改、删除等。
c)可以很方便添加到装配体中，并完成零件的配合关系。
d)能够按照装配体中使用的零件在材料明细表中自动填写零件的代号名称或者材料之类的信息。
3.1.2油封零件模块设计解决方案
油封零件模块设计按照以下方案来进行：
a)油封设计表要链接于油封模型文件，当需要新规格油封时，直接修改Excel表的数据。
b)在油封设计表中添加油封模型的自定义属性，如零件的代号、材料等。
c)使用自定义属性“零件的代号”作为显示在材料明细表中的代号，因此零件的代号应为“标准号 规格”，如“GB/T9877.2-88 W120×150×12”。
d)零件的名称统一使用“外露油封骨架”、“外露油封唇口”、“外露油封弹簧”、这里使用用户的名称实现。
e)在油封零件模型中添加零件的配合参考，以便于SolidWorks实现拖放装配操作。
f)合理利用Excel的表格计算功能，在添加配置时自动完成零件代号的修改。
3.2 油封零件模块的建立
　　油封零件模块的建立按照GB/T9877.2-88按某一种规格分别用SolidWorks绘制外骨架、外骨架唇口、弹簧零件的三维模型并定义尺寸，由于定义外骨架、外骨架唇口、弹簧三零件规格都于基本轴及外骨架有关，所以在绘制此三零件时均要把基本轴零件绘上，仅定义基本轴的直径尺寸，同时在绘制外骨架唇口、弹簧草图时需把外骨架草图绘上，在此外骨架草图绘上仅定义外骨架外径、基本宽度尺寸，绘制零件实体时不能合并，绘制完后把不需要的实体在三零件图上隐藏，同时由于外骨架与外骨架唇口、外骨架唇口与弹簧都有部分尺寸共用，可用转换实体引用功能把部分草图引用过来，共用部分参数名称要保持完全相同，由于在建立的系列零件设计表中需要引用尺寸参数，而尺寸参数使用的是尺寸全名，如D1@草图1，因此为与标准一致，应将系统默认的尺寸名严格按照GB/T9877.2-88中的代号给以尺寸全名。所建立的外骨架唇口如下图2。
　
3.3 油封零件配置属性的建立
　　为了能够在装配图的材料明细表中显示零件的代号、名称、材料重量之类的信息，这里还需要针对配置添加模型的自定义属性。对默认的配置建立配置特定的自定义属性，可以自动复制到零件中其它新建立配置中，建立的方法如下：
(1)单击【ConfigurationManger】标签，右击零件的默认配置，从快捷菜单中选择【属性】命令，显示配置属性对话框。
(2)如图3所示，取消选中【新插入项目属性】中的【压缩特征】复选框。
(3)如图3所示，在【使用在材料明细表中时显示零件序号】中选择【用户的名称】，这样当该配置应用到装配体中显示在“名称”一列内容为“油封唇口”。
　
(4)在【配置属性的对话框】单击【自定义】属性按键，如图4， 添加配置特定的自定义属性，由于建立零件时使用的模板中已定义了针对配置的自定义属性，这里仅修改零件号及材料。
　
　　通过上述的设置，当在油封装配体中使用了这个配置后，在材料明细表中将按照这个配置属性进行显示。
3.4 油封零件配合参考的建立
　　SolidWorks提供了智能的拖动装配技术，可以实现油封的自动装配。如果油封中的各个零件设置了配合参考，那么只要拖动零件的名称到装配体中某些边线，或面上就可以自动添加装配约束关系，本文分别选择油封唇口的临时轴线及骨架与油封唇口底部相接触的边线为参考实体，见如图2。
3.4 油封零件系列设计表的建立
　　利用SolidWorks自动生成系列零件设计表自动生成一个设计表，调整和修改设计表参数，将设计表另存为一Excel文件，在Microsoft Excel 中修改保存的Excel文件，添加必要的计算或者增加新的配置，然后再修改设计表定义，链接保存修改过的Excel文件，修改后的Excel表如图5所示。
　　油封中链接了设计表以后，油封零件和Excel文件之间是双向控制的，也就是说如果用户在SolidWorks修改了设计表，那么保存SolidWorks文件以后，Excel文件也同时会进行修改和保存，而如果在Excel文件中修改了表格，当再次重建模型时也会按照表格重新生成配置。
　
4.油封的三维装配
　　在SolidWorks软件的装配文件中将油封唇口与外骨架、弹簧进行装配，即可得到完整的外露骨架无副唇旋转轴唇形密封圈的三维参数驱动模型，该油封共有三个模块分别对应3个Excel文件，在进行不同规格油封的变量化驱动时，只须将每一模块的同一规格配置激活调出，可组装出相应规格油封的三维模型，在对某一规格油封的参数化驱动完成以后，仍存在对其中的模块进行局部尺寸修改的可能，这方面SolidWorks提供了丰富的编辑零件及草图命令，修改后相应的Excel表此配置尺寸亦改变。如果想开发变型及新品种油封，只需把油封中的各零件及相应的Excel表重新复制到一新文件夹，然后对草图进行修改。后利用SolidWorks工程图和零件模型的全相关性，当模型的形状发生变化时，工程图所有相关的视图和尺寸都将产生相应的变化，这样就可以用一张工程图代表所有不同规格的零件。
5.结论
　　基于模块化方法的油封产品的三维参数化设计，不仅可以解决油封设计中各零件是否出现干涉现象，而且也容易实现产品系列化设计，使设计效率得到及大的提高。
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