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轴系结构组合设计
一． 实验目的
法。
二． 实验设备
12自备） 三． 实验内容
1容（实验题号）2型，等问题。
3 （1 （2）确定轴的支承的轴向固定方式（如：两端单向固定；一端固定，一端游
动；两端游动等）；
（3）根据轴承内径和轴的转速确定轴承的润滑方式（脂润滑或油润滑）； （4）选择轴承端盖形式（凸缘式、嵌入式），并考虑透盖处密封方式（毡圈、
橡胶圈、皮碗、油沟等）；
（5）考虑轴上零件的定位与固定；轴承的固定、装拆、间隙调整等问题； （6）绘制轴系结构设计方案示意图。
4．根据轴系结构设计方案，从实验箱中选取合适的零件组装轴系部件。
5．根据所组装的轴系部件绘制轴系结构草图。
6．测量轴系各零部件及结构尺寸，并作好记录。
7．将所有零件放入实验箱内（要求能够盖好箱盖），交还所借工具。
1． 按结构草图及测量数据，在4# 图纸上按1:1比例绘制轴系结构装配图，标注主要的结构尺寸和配合尺寸，填写标题栏和零件明细表。
五．实验报告
每人编写实验报告一份，格式自定，内容包括：①实验目的、实验题号、已知条件；②附轴系结构装配图（4#图纸）③设计说明（说明轴系各零件定位固定、安装调整、润滑密封的方法及设计依据）。
第六节滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计的内容包括：轴承的定位和紧固、轴承的配置设计、轴承位置的调节、轴承的润滑与密封、轴承的配合以及轴承的装拆等问题。
（一）支承部分的刚性和同心度：若座体刚度低，则滚动体受力增大，因此，应适当增加壁厚、采用加强筋，并使轴承座孔同心，减小轴的偏转。
（二）轴承的配置（轴系固定）：支承部件的主要功能是对轴系回转零件起支承作用，并承受径向和轴向作用力，保证轴系部件在工作中能正常地传递轴向力以防止轴系发生轴向窜动而改变工作位置。
为满足功能要求，必须对滚动轴承支承部件进行轴向固定。
固定的目的：当轴受到外载荷作用时，使轴有正确的位置、防止轴的轴向窜动以及轴受热膨胀后将轴承卡死。
固定方法：两端固定、一端固定一端游动、两端游动。
1、双支点单向固定（两端固定）：两个轴承各限制一个不同方向的轴的轴向移动（只固定内、外圈相对的一个侧面）。
适用于较短的轴系（跨距≤400）温升不高的场合。
为了补偿轴的受热膨胀，装配时应留有一定的轴向间隙。
(a) (b)图所示为两端固定方法，每个支点的外侧各有一个顶住轴承外圈的轴承盖，它通过螺钉与机座联接，每个轴承盖限制轴系一个方向的轴向位移，合起来就限制了轴的双向位移。
轴向力FA的力流路线是通过轴肩、内圈、外圈及轴承盖来实现的。
图(a)为采用深沟轴承的结构，只能承受少量的轴向力；图(b)为采用角接触轴承的结构，可承受较大轴向力。
这种支承形式属功能集中型，每个轴承均承受径向力、轴向力的复合作用，简化了支承结构。
轴系部件工作时，由于功率损失会使温度升高，轴受热后伸长，从而影响轴承的正常工作。
因此支承部件结构设计时必须考虑热膨胀问题。
a、预留轴向间隙对于上图所示的两端固定结构型式，其缺陷是显而易见的。
由于两支点均被轴承盖固定，当轴受热伸长时，势必会使轴承受到附加载荷作用，影响轴承的使用寿命。
因此，两端固定型式仅适合于工作温升不高且轴较短的场合(跨距L400mm)，还应在轴承外圈与轴承盖之间留出轴向间隙C，以补偿轴的受热伸长。
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y设计说明书设计课题：滚动轴承，轴系的组合结构设计课程名称：机械学基础姓名：潘瑞学号：6090410429班级： 0936104院系：英才学院自动化设计要求：一钢制圆轴，装有两胶带轮A和B，两轮有相同的直径D=360mm，重量为P=1kN，A轮上胶带的张力是水平方向的，B轮胶带的张力是垂直方向的，它们的大小如下图所示。
设圆轴的许用应力[σ]=80MPa，轴的转速n=960r/min，带轮宽b=60mm，寿命为50000小时。
1>. 按强度条件求轴所需的最小直径2>. 选择轴承型号<按受力条件及寿命要求）3>.按双支点单向固定的方法，设计轴承与轴的组合装配结构，画出装配图<3号图纸）4>. 从装配图中拆出轴，并画出轴的零件图<3号图纸）2kN设计步骤：一、根据强度条件计算轴所需的最小直径1、先计算C、D支点处的受力从而可得D点所受轴向力从而可得D点所受轴向力2、计算弯矩，求得最小直径水平方向上：时时竖直方向上：时时时Fdx 水平方向：竖直方向:120 Nm97.5 Nm由弯矩图判断可得：C点为危险点，故可得：解得所以，最小直径为37.7mm。
二、轴材料的确定根据已知条件的[σ]=80MPa，为对称循环应力状态下的许用弯曲力，确定材料为合金钢。
以上最小直径是按弯曲扭转组合强度计算而得来的，即在[σ]=80MPa的合金钢情况下，，强度足以达到要求。
三、受力条件及寿命要求选择轴承型号由前面的受力分析可知：所要设计的轴仅受径向作用力，故优先考虑选择深沟球轴承。
分析：若选择深沟球轴承，,,,，，，，所以：根据题意经查GB/T 276-1994，选择6412型深沟球轴承，，。
带入验证：所以，，符合要求，故选择6412。
以下为深沟球轴承6412的相关参数如下表所示：/mm|d: 60四、设计轴承与轴的组合装配结构1、确定轴上零件的位置及轴上零件的固定方式首先确定将B胶带轮放在箱体内部中央，深沟球轴承对称的分布在B胶带轮两边，轴的左侧外延伸端安装A胶带轮。
滚动轴承的组合设计组合设计的内容包括：1）固定 2）调整 3）配合与装拆 4）润滑与密封。
组合设计合理与否将影响轴系的受力、运转精度、轴承寿命及机器性能。
1.滚动轴承的轴向固定实际上是对整个轴系起固定作用，承受轴向力，防止轴系发生轴向蹿动。
常用两种固定方法：1）两端固定这是最常见的固定方式，两个轴承外圈都在单方向用轴承盖进行固定。
适合于工作温升不高的短轴（跨距 L ≤ 400 mm），考虑到轴的受热伸长，应留出热补偿间隙 C （对于深沟球轴承：C=0.2-0.4mm；对于向心角接触轴承：其轴向间隙可在轴承内部调整，其值比深沟球轴承小得多）。
2）一端固定、一端游动适合于工作温升高的长轴（跨距 L ＞ 400 mm），固定支点的轴承外圈左右均固定，承担双向轴向力，游动支点的轴承只承受径向力，不承受轴向力，当轴受热伸长时，游动支点随轴一起向外移动，避免轴承受到附加载荷作用，防止轴承卡住。
A轴向力，R径向力。
注意：固定支点的内圈亦需进行轴向固定。
2.滚动轴承组合的调整1）间隙的调整与控制为保证轴承正常工作，装配轴承时一般要留出适当的游隙或间隙。
垫片调整：通过增、减垫片厚度来调整间隙。
螺钉调整：用于轴向力不是太大的轴承组合。
2）轴系部件位置的调整使轴上零件处于准确的工作位置（通常用垫片调整）。
3.滚动轴承的配合及装拆1）滚动轴承的配合内圈与轴颈：采用基孔制，孔的配合代号不用标注。
外圈与座孔：采用基轴制，轴的配合代号不用标注。
配合的选取原则：转动套圈、速度高、受载大、工作温度变化大——选较紧的配合（过盈）；不动套圈、常拆轴承——选较松的配合（间隙）。
2）滚动轴承的装拆轴肩高度应低于内圈厚度；轴肩开槽。
4.滚动轴承的润滑及密封润滑的目的：减少摩擦磨损、冷却、吸振、防锈。
密封的目的：防尘、防水、防止润滑剂流失。
转速不高时用接触式密封；转速较高时用非接触式密封。
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y
设计说明书
设计课题：滚动轴承，轴系的组合结构设计
课程名称：机械学基础
姓名：潘瑞
学号：
班级： 0936104
院系：英才学院自动化
设计要求：
一钢制圆轴，装有两胶带轮A和B，两轮有相同的直径D=360mm，重量为P=1kN，A轮上胶带的张力是水平方向的，B轮胶带的张力是垂直方向的，它们的大小如下图所示。
设圆轴的许用应力[σ]=80MPa，轴的转速n=960r/min，带轮宽b=60mm，寿命为50000小时。
1). 按强度条件求轴所需的最小直径
2). 选择轴承型号（按受力条件及寿命要求）
3). 按双支点单向固定的方法，设计轴承与轴的组合装配结构，画出装配图（3号图纸）
4). 从装配图中拆出轴，并画出轴的零件图（3号图纸）
设计步骤：
一、根据强度条件计算轴所需的最小直径
1、先计算C、D支点处的受力
从而可得D点所受轴向力
从而可得D点所受轴向力
2、计算弯矩，求得最小直径 水平方向上：
0120x ≤≤时 10A M F x -⋅= 1 2.5M x =
120300x <≤时 2(120)0A Cy M F x F x -⋅+⋅-= 25
5003
M x =-+
竖直方向上：
0120x ≤≤时 10A M P x +⋅= 1M x =-
120210x <≤时 2(120)A Cy M P x F x +⋅-⋅- 229
41012
M x =
- 210300x <≤时 3(120)()(120)0A Cy B B M P x F x F P x +⋅-⋅-++⋅-=
由弯矩图判断可得：C 点为危险点，故可得： 解得 223
32
323.1127037.7[]
d mm π≥+=⋅σ 所以，最小直径为37.7mm 。
二、轴材料的确定
根据已知条件的[σ]=80MPa ，为对称循环应力状态下的许用弯曲力，确定材料为合金钢。
以上最小直径是按弯曲扭转组合强度计算而得来的，即在[σ]=80MPa 的合金钢情况下，
37.3d mm ≥，强度足以达到要求。
三、受力条件及寿命要求选择轴承型号
由前面的受力分析可知：所要设计的轴仅受径向作用力，故优先考虑选择深沟球轴承。
分析：若选择深沟球轴承，0a F =, 0e =, 1X =, 0Y =，15388.4r F N =，21987.8r F N =， 1.4d f =，
所以： 根据题意
经查GB/T 276-1994，选择6412型深沟球轴承，60d mm =，109r C kN =。
带入验证：
所以，
1010[]50000h h L L ≥=，符合要求，故选择
6412。
以下为深沟球
轴承6412的相关参数如下表所示：
四、设计轴承与轴的组合装配结构
1、确定轴上零件的位置及轴上零件的固定方式
首先确定将B 胶带轮放在箱体内部中央，深沟球轴承对称的分布在B 胶带轮两边，轴的左侧外延伸端安装A 胶带轮。
具体设计为：B 胶带轮靠轴环和双螺母实现轴向的定位与固定，靠平键和过盈配合实现周向固定；两端轴承均靠轴颈和轴承套实现轴向定位，靠过盈配合实现周向固定；A 胶带轮通过轴肩、轴端挡圈、平键和过盈配合分别实现轴向定位和周向固定。
2、 确定轴的各段直径
根据前面的计算与选择，获得如下数据：
深沟球轴6412，60d mm =，min 72a d mm =，max 2.1a r mm =
左侧外伸端直径为48mm ；与透盖毡圈接触的轴直径取58mm ，在轴的外伸端做
一个轴肩，轴肩圆角半径1.6mm ；左、右两端轴承的轴直径均取为60mm ，轴肩轴肩半径2.0mm ；与双螺母接触的轴的螺纹公称直径取72mm ；中间B 胶带轮的轴直径取78mm ，轴肩圆角半径 2.0mm ；轴环直径取90mm ；右端轴承与轴环之间的轴直径取72mm ，轴肩圆角半径2.0mm 。
以上设计数据满足轴承拆装的合理性与方便性。
3、 确定轴的各段长度
根据前面的计算与选择，获得如下数据： 深沟球轴6412，35b mm = 胶带轮：60b mm =
轴的外伸端长度取58mm ，与透盖毡圈接触的轴长度取71.5mm ，左端轴承处轴长度取36mm ，螺纹段取42.5mm ，退刀槽2mm ，B 胶带轮处轴长度取58mm ，轴环长度取10mm ，右端轴承与轴环之间的轴长度取32.5mm ，右端轴承的轴取34mm 垫圈槽取4mm ，轴头6mm 。
4、键以及键槽的尺寸
A 胶带轮处，48d mm =，键尺寸为14b mm =，9h mm =，1 5.5t mm =，2 3.8t mm =。
B 胶带轮处，78d mm =，键尺寸为22b mm =，14h mm =，19.0t mm =，2 5.4t mm =。
4、 双圆螺母的尺寸
根据GB/T812-1998，确定以下参数：72D mm =，105k d mm =，12m mm =。
5、 装配图如图1所示。
五、绘制轴的零件图 轴的零件图如图2所示。
图1
图2 六、设计心得
为了完成这份设计报告，我花了将近两周的时间准备、查手册、设计、绘图，之后又经过了两三次的修改而获得了最终成果，其中光机械设计资料就下载了将近10G。
设计初稿
时，完全没有参考任何图纸，在完全独立思考的情况下，严格遵循2008版机械设计手册上的要求，完成了设计报告和图纸初样，一些细节上存在不少问题。
之后在修改作业时，花了不少时间阅读别人的图纸，从中吸取精华，也在对比中修改了不少错误。
通过这次设计，我觉得自己有很多的收获。
一是重新学习了AutoCAD软件，同时也掌握了之前不会一些东西，如设置页面及如何打印等；二是初步掌握的做机械设计的步骤与方法，养成了勤差机械设计手册的习惯，对于一些经验性的东西会阅读别人的图纸而从中获取灵感；三是为课程设计打下了良好的基础。
同时必须感谢蒋秀珍老师和刘永猛老师的帮助与指点，让我更顺利的完成了这份设计。
