Harbin Institute of Technology
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 10AMFx 12.5Mx 120300x时 2(120)0ACyMFxFx 255003Mx
竖直方向上：
0120x时 10AMPx 1Mx
120210x时 2(120)ACyMPxFx 22941012Mx
210300x时 3(120)()(120)0ACyBBMPxFxFPx
由弯矩图判断可得：C点为危险点，故可得：
解得 22332323.1127037.7[]dmm
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，37.3dmm，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，0aF, 0e, 1X, 0Y，15388.4rFN，21987.8rFN，1.4df，所以：
根据题意
经查GB/T 276-1994，选择6412型深沟球轴承，60dmm，109rCkN。
带入验证：
所以，1010[]50000hhLL，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 基本尺寸/mm|B: 35 基本额定载荷/kN|C0r 70.0
安装尺寸/mm|da (min) 72 极限转速/(r/min)|脂: 4500
安装尺寸/mm|Da (max) 138 极限转速/(r/min)|油: 5600
安装尺寸/mm|ra (max) 2.1 重量/kg|W ≈ 2.811
其他尺寸/mm|d2 ≈ 87.9 轴承代号|60000型: 6412
其他尺寸/mm|D2 ≈ 122.2
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6412，60dmm，min72admm，max2.1armm
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6412，35bmm
胶带轮：60bmm
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，48dmm，键尺寸为14bmm，9hmm，15.5tmm，23.8tmm。 B胶带轮处，78dmm，键尺寸为22bmm，14hmm，19.0tmm，25.4tmm。
4、 双圆螺母的尺寸
根据GB/T812-1998，确定以下参数：72Dmm，105kdmm，12mmm。
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。
序号代号名称数量材料备注1ZX-01带轮1HT2002ZX-02轴端挡圈1353GB/T5781-2000螺栓M12×214GB/T1096-2003键14×1915ZX-03毡封油圈1半粗羊毛毡6GB/T5781-2000螺栓M16×2127GB/T93-1987弹性垫圈1265Mn8GB/T276-1994深沟球轴承641229ZX-04机体14510GB/T812-1988圆螺母M72×224511GB/T1096-2003键22×14112GB/T893.1-1986弹性挡圈165Mn13ZX-01圆轴1合金钢405.53601234589101112146713φ48H7/n6φ150H7/h6φ60k6M72×2φ78H7/p6φ150JS7AAA-Aφ200φ250φ150H7/f8 技术要求1.全部零件在装配前，皆应清除污垢、毛刺、尖棱和不平坦处；2.装配好后，带轮须保证相互平行，可正常平稳转动。图1 制图审核潘瑞6.1材料合金钢图号 比例PR-0021 ：1钢制圆轴哈尔滨工业大学0936104 技术要求1.调制处理，硬度为220-250 HBS2.未注圆角半径为R2.0；3.未注倒角为2.0×45°；4.未注尺寸公差按GB/T 1804-m；5.未注几何公差按GB/T 11840-k.404088EEGG35544642681016658435836φ58φ48+0.042+0.026φ60+0.018+0.002M72×2φ90φ72φ60+0.018+0.002φ77.9+0.078+0.0590.00250.008C0.008D0.0025R1.60.012AB2×Ra 1.6M13×12531孔Ra 0.8Ra 0.8Ra 0.8Ra 1.6ACBDE-EG-G42.5 0-0.214 0-0,04369 0-0.222 0-0.0520.015A0.015BRa 1.6Ra 1.6Ra 3.2Ra 3.2Ra 6.3(√)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。