引言

    軸是機(jī)械設(shè)備中的重要零件之一，軸類零件的設(shè)計(jì)主要包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度、剛度校核兩部分。由于校核比較繁瑣，計(jì)算量大，所以傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法中除了特別重要的零件外，常采用“類比法”進(jìn)行設(shè)計(jì)。NX是美國(guó)EDS公司推出的當(dāng)今世界上最先進(jìn)的CAD/CAM/CAE高端軟件平臺(tái)之一，NX/Open作為NX平臺(tái)上提供的二次開發(fā)語(yǔ)言，利用該模塊可以對(duì)NX系統(tǒng)進(jìn)行用戶化定制和開發(fā)。將軸的設(shè)計(jì)在NX中完成不僅可以降低設(shè)計(jì)人員的工作量，而且可以提高零件設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，本文即在這方面進(jìn)行探討。

1 NX二次開發(fā)技術(shù)

    NX是美國(guó)EDS公司推出的當(dāng)今世界上最先進(jìn)的CAD/CAM/CAE高端軟件平臺(tái)之一，廣泛應(yīng)用于航空、航天、機(jī)械、船舶等領(lǐng)域。NX/Open作為NX平臺(tái)上提供的二次開發(fā)語(yǔ)言是為滿足用戶特殊需要而隨NX一起發(fā)布的。NX/Open包括以下部分：NX/Open API為NX軟件提供直接的編程接口；NX/Open Grip是NX內(nèi)部開發(fā)語(yǔ)言，具有通俗、易懂的特點(diǎn)，是NX二次開發(fā)早期的主要語(yǔ)言，用戶利用它可以生成NC自動(dòng)化或自動(dòng)建模等特殊應(yīng)用；NX/Open MenuScript對(duì)NX軟件操作的菜單、工具條進(jìn)行用戶化開發(fā)；NX/Open UIStyler是一個(gè)可視化的編輯器，用戶可以為NX/Open應(yīng)用程序開發(fā)友好的交互界面。應(yīng)用NX/Open對(duì)軸類零件進(jìn)行設(shè)計(jì)的流程如圖1所示。

圖1 NX二次開發(fā)流程圖

1.1 開發(fā)環(huán)境的設(shè)置

    在自定義目錄下創(chuàng)建startup、application和zhou三個(gè)文件夾，startup文件夾來(lái)存放菜單及動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)文件、application文件夾用來(lái)存放功能擴(kuò)展文件。zhou\1用來(lái)存放圖形模板。注冊(cè)環(huán)境變量，通過(guò)右擊【我的電腦】選擇【屬性】，在彈出的對(duì)話框選【高級(jí)】選項(xiàng)卡，彈出新建用戶變量窗口，在此完成環(huán)境變量的注冊(cè)，如圖2所示。

圖2 注冊(cè)環(huán)境變量

1.2 NX/OpenMenuScript用戶菜單的創(chuàng)建

    在startup文件夾下創(chuàng)建菜單文件caidan.men文本文檔，具體內(nèi)容如圖3所示，其中ACTIONS后面為菜單要執(zhí)行的動(dòng)作。

圖3 創(chuàng)建用戶菜單

1.3 NX/OPENAPI函數(shù)的查詢

    查詢NX/OPNEAPI函數(shù)，從開始--程序--UnigraphicsNXDocumentation中進(jìn)入，選擇OPNEAPIRefernceGuide，庫(kù)函數(shù)的命名均以UF做為前綴，功能模塊的名稱做為后綴。如要在文件中建模，則先找到uf_model，進(jìn)入建模功能，在“Function”中點(diǎn)擊所選模塊，在新窗口中即顯示出了函數(shù)功能和函數(shù)說(shuō)明。

2 軸的設(shè)計(jì)

2.1 軸設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

    軸的設(shè)計(jì)包括軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作能力計(jì)算兩方面的內(nèi)容。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理地確定軸的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸。軸的工作能力計(jì)算指的是軸的強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性等方面的計(jì)算。多數(shù)情況下，軸的工作能力取決于軸的強(qiáng)度，這時(shí)只需對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，以防止斷裂或塑性變形，而對(duì)剛度要求高的軸（如車床主軸）和受力大的細(xì)長(zhǎng)軸，還應(yīng)該進(jìn)行剛度計(jì)算，以防止工作時(shí)產(chǎn)生過(guò)大的彈性變形。對(duì)高數(shù)運(yùn)轉(zhuǎn)的軸，還應(yīng)進(jìn)行振動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算，以防止發(fā)生共振而破壞。

2.2 軸的材料

    軸的材料主要是碳素鋼和合金鋼，鋼軸的毛胚多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件，有的直接用圓鋼。

2.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

    軸上零件的軸向定位是以軸肩（軸環(huán)）、擋圈、圓螺母、套筒、圓錐形軸頭等。按軸所受的扭矩初步估算軸所需的直徑。將初步求出的直徑作為承受扭矩的軸段的最小直徑dmin，然后再按軸上零件的裝配方案和定位要求，從dmin處起逐一確定各軸段的直徑。

2.4 軸的計(jì)算

    式中，F(xiàn)為階梯軸受到的載荷，N；a、b為軸受載荷部位到軸兩端的距離，mm；E為軸材料的彈性模量，GPa；I為軸截面的軸慣性矩，mm4，對(duì)于圓軸；ymax為最大撓度，mm；θA為最大偏轉(zhuǎn)角，rad。2.5軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核計(jì)算：

    式中，G為軸的材料的剪切彈性模量，MPa，對(duì)于鋼材，G=81000MPa；Ip為軸截面的極慣性矩，mm4，對(duì)于圓軸；L為階梯軸受扭矩作用的長(zhǎng)度，mm；Ti、li、Ipi為分別代表階梯軸第i段所受的扭矩、長(zhǎng)度、和極慣性矩。［ψ］為軸每米長(zhǎng)的允許扭轉(zhuǎn)角，對(duì)于一般傳動(dòng)軸，可取0.5~1；對(duì)于精密傳動(dòng)軸，可取0.25~0.5，對(duì)于精密要求不高的軸，可取大于1。

3 階梯軸設(shè)計(jì)實(shí)例

3.1 初步確定最小直徑（選擇材料45號(hào)調(diào)制處理的鋼材）

圖4 計(jì)算最小直徑

    計(jì)算實(shí)例：軸上的功率P=9.41kW，轉(zhuǎn)速n=93.61r/min，轉(zhuǎn)矩T=9.6×105N·mm。

    進(jìn)入NX界面，點(diǎn)擊軸-軸_主對(duì)話框，出現(xiàn)主界面，點(diǎn)擊主界面的計(jì)算最小直徑按鈕出現(xiàn)二級(jí)對(duì)話框，選擇材料45鋼。輸入功率P、轉(zhuǎn)速n，得到最小直徑53.47mm。

3.2 確定軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

    擬定軸上零件的裝配方案，根據(jù)初步確定的最小直徑和軸向定位要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度，生成軸段。

3.3 校核

    生成軸段以后，點(diǎn)擊剛度校核按鍵，進(jìn)入剛度校核對(duì)話框，輸入相應(yīng)參數(shù)，點(diǎn)擊OK進(jìn)行校核并返回校核結(jié)果；點(diǎn)擊強(qiáng)度校核按鍵，進(jìn)入剛度校核對(duì)話框，輸入相應(yīng)參數(shù)，點(diǎn)擊OK進(jìn)行校核并返回校核結(jié)果。

4 總結(jié)

    本設(shè)計(jì)借助NX/OPEN的二次開發(fā)工具，開發(fā)軸的參數(shù)化設(shè)計(jì)的軟件。借助于該軟件用戶能夠方便的進(jìn)行設(shè)計(jì)，減少軸的設(shè)計(jì)的過(guò)程，提高了工作效率。

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