引言
軸是機械設備中的重要零件之一，軸類零件的設計主要包括結構設計及強度、剛度校核兩部分。由于校核比較繁瑣，計算量大，所以傳統的設計方法中除了特別重要的零件外，常采用“類比法”進行設計。NX是美國EDS公司推出的當今世界上最先進的CAD/CAM/CAE高端軟件平臺之一，NX/Open作為NX平臺上提供的二次開發語言，利用該模塊可以對NX系統進行用戶化定制和開發。將軸的設計在NX中完成不僅可以降低設計人員的工作量，而且可以提高零件設計效率和設計質量，本文即在這方面進行探討。
1 NX二次開發技術
NX是美國EDS公司推出的當今世界上最先進的CAD/CAM/CAE高端軟件平臺之一，廣泛應用于航空、航天、機械、船舶等領域。NX/Open作為NX平臺上提供的二次開發語言是為滿足用戶特殊需要而隨NX一起發布的。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內部開發語言，具有通俗、易懂的特點，是NX二次開發早期的主要語言，用戶利用它可以生成NC自動化或自動建模等特殊應用；NX/Open MenuScript對NX軟件操作的菜單、工具條進行用戶化開發；NX/Open UIStyler是一個可視化的編輯器，用戶可以為NX/Open應用程序開發友好的交互界面。應用NX/Open對軸類零件進行設計的流程如圖1所示。
圖1 NX二次開發流程圖
1.1 開發環境的設置
在自定義目錄下創建startup、application和zhou三個文件夾，startup文件夾來存放菜單及動態鏈接庫文件、application文件夾用來存放功能擴展文件。zhou\1用來存放圖形模板。注冊環境變量，通過右擊【我的電腦】選擇【屬性】，在彈出的對話框選【高級】選項卡，彈出新建用戶變量窗口，在此完成環境變量的注冊，如圖2所示。
圖2 注冊環境變量
1.2 NX/OpenMenuScript用戶菜單的創建
在startup文件夾下創建菜單文件caidan.men文本文檔，具體內容如圖3所示，其中ACTIONS后面為菜單要執行的動作。
圖3 創建用戶菜單
1.3 NX/OPENAPI函數的查詢
查詢NX/OPNEAPI函數，從開始--程序--UnigraphicsNXDocumentation中進入，選擇OPNEAPIRefernceGuide，庫函數的命名均以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，進入建模功能，在“Function”中點擊所選模塊，在新窗口中即顯示出了函數功能和函數說明。
2 軸的設計
2.1 軸設計的主要內容
軸的設計包括軸的結構設計和工作能力計算兩方面的內容。軸的結構設計是根據軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理地確定軸的結構形狀和尺寸。軸的工作能力計算指的是軸的強度、剛度和振動穩定性等方面的計算。多數情況下，軸的工作能力取決于軸的強度，這時只需對軸進行強度計算，以防止斷裂或塑性變形，而對剛度要求高的軸（如車床主軸）和受力大的細長軸，還應該進行剛度計算，以防止工作時產生過大的彈性變形。對高數運轉的軸，還應進行振動穩定性計算，以防止發生共振而破壞。
2.2 軸的材料
軸的材料主要是碳素鋼和合金鋼，鋼軸的毛胚多數用軋制圓鋼和鍛件，有的直接用圓鋼。
2.3 軸的結構設計
軸上零件的軸向定位是以軸肩（軸環）、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 軸的計算
式中，F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，對于圓軸；ymax為最大撓度，mm；θA為最大偏轉角，rad。2.5軸的扭轉剛度校核計算：
式中，G為軸的材料的剪切彈性模量，MPa，對于鋼材，G=81000MPa；Ip為軸截面的極慣性矩，mm4，對于圓軸；L為階梯軸受扭矩作用的長度，mm；Ti、li、Ipi為分別代表階梯軸第i段所受的扭矩、長度、和極慣性矩。［ψ］為軸每米長的允許扭轉角，對于一般傳動軸，可取0.5~1；對于精密傳動軸，可取0.25~0.5，對于精密要求不高的軸，可取大于1。
3 階梯軸設計實例
3.1 初步確定最小直徑（選擇材料45號調制處理的鋼材）
圖4 計算最小直徑
計算實例：軸上的功率P=9.41kW，轉速n=93.61r/min，轉矩T=9.6×105N·mm。
進入NX界面，點擊軸-軸_主對話框，出現主界面，點擊主界面的計算最小直徑按鈕出現二級對話框，選擇材料45鋼。輸入功率P、轉速n，得到最小直徑53.47mm。
3.2 確定軸的結構設計
擬定軸上零件的裝配方案，根據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度，生成軸段。
3.3 校核
生成軸段以后，點擊剛度校核按鍵，進入剛度校核對話框，輸入相應參數，點擊OK進行校核并返回校核結果；點擊強度校核按鍵，進入剛度校核對話框，輸入相應參數，點擊OK進行校核并返回校核結果。
4 總結
本設計借助NX/OPEN的二次開發工具，開發軸的參數化設計的軟件。借助于該軟件用戶能夠方便的進行設計，減少軸的設計的過程，提高了工作效率。
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本文標題：基于NX的軸類零件的計算機輔助設計
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