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：
0120
x
≤≤时
1
0 A
M F x
-⋅=
12.5
M 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：
基本尺寸/mm|d: 60 其他尺寸/mm|r (min) 2.1 基本尺寸/mm|Ｄ:
150
基本额定载荷/kN|Cr:
109
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。
