多功能跑步机设计.doc

全套设计（图纸）加扣扣 194535455

基于Pro/E的多功能跑步机
多功能跑步机设计
摘要
随着社会的发展，跑步机已逐渐成为家庭和健身房的站立设备，现在的跑步机健身都比较单调，而不是完美完全的人性化健身跑步机就是要创造一个倾斜的跑道，使人们在跑道上的倾斜不断地奔跑。这样的设计可以节省大量的时间，我们需要设计一种多功能跑步机，跑步机不仅可以跑步，还附带其他健身方法，此设计不仅可以让人们享受跑步的乐趣，也可以更有效地增强宪法的适应性，这跑步机不仅功能多样化，且使用安全、舒适，适合不同的人群都适用，通过材料可以在跑步机价格生产学习这种方式是非常便宜的，完全符合家庭环境，在跑步机上跑步的老对比做了很多优化设计，涉及传动带传动和齿轮传动等方面都与更精确的传输数据的加入，使得多功能跑步机运行稳定、安全舒适。
摘要
随着社会的发展，跑步机逐渐成为家庭及健身房常备的器材，而现在的跑步机健身方式大多都比较单调， 并不能尽善尽美的完全人性化的健身,跑步机就是创建一条倾斜的跑道，使得人在这条倾斜的跑道上连续跑步，这样的设计可以节约很多时间，我们需要设计出一款多功能跑步机，跑步机不仅能够跑步，还能够附带其他的健身方式，这样子的设计不仅可以让人体验到跑步的快乐，而且还可以更有效率的增强健身者的体质，这种跑步机不仅功能多样化，而且用起来比较安全舒适，对于不同的人群都是适用的，通过对它的选材就可以了解到生产这样子一台跑步机价格是非常廉价的，完全符合家庭使用的环境，在与老式跑步机作对比的过程中对该多功能跑步机做了很多优化设计，在涉及传动方面的带传动和齿轮传动方面都是加入了比较精确的传动数据，使得该多功能跑步机运转起来平稳舒适安全。
关键词： 设计传动； 优化设计 ；电动机

On the base of PRO/E multifunction treadmill
Abstract
With the development of society, the treadmill has gradually become the family and gym standing equipment, and now the treadmill fitness are relatively monotonous, and not perfect completely humanized fitness treadmill is to create a sloping runway, making people in the tilt of the runway on the continuous running. This design can save a lot of time, we need to design a multifunctional treadmill, running machine not only can run, but also to incidental to other methods of fitness, this design can not only to allow people to experience the joy of running.But also can be more efficient to enhance the fitness of the constitution, the treadmill not only functional diversification, and the use is safe and comfortable, for different groups of people are applicable, through the material can be learned this way in the production of a treadmill price is very cheap, in full compliance with the family environment, in contrast with the old treadmill on the treadmill did a lot of optimization design, relates to the transmission belt transmission and gear transmission aspects are joined with the more precise transmission data, making the multifunctional treadmill running stable safe and comfortable.
Keywords: design transmission; Optimization design; motor
目录

摘要 1
第1章 绪论 4
1.1课题背景 4
1.2跑步机的现状 4
1.3设计方法 4
1.3.1原型初步设计 4
1.4设计内容及其预期成果 5
1.4.1基本要求 5
1.4.2主要任务 5
1.4.3 最终成果 5
第2章 总体方案设计 6
2.1研究方案 6
2.1.1老式跑步机的简介 6
2.1.2多功能跑步机的基本原理 6
2.2方案的对比和确认 7
第3章 传动装置的设计 8
3.1电动机的选择 8
3.2传动带的设计 9
第4章 轴的设计 12
4.1轴的计算 12
4.2计算传动装置的传动比 12
4.2.1传动轴I的结构设计 13
4.2.2校核该轴 13
4.2.3精确校核轴的疲劳强度 15
4.2.4轴III计算与校核 20
4.2.5轴承的选择 23
4.3.1轴I上键的选择 23
4.3.2轴II上键的选择 24
4.3.3轴III上键的选择 24
第5章 齿轮传动设计 25
5.1齿轮的基本参数选择 25
5.1.1选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数 25
5.1.2按齿面接触强度设计 25
5.2按齿根弯曲疲劳强度设计 27
确定计算参数 27
5.2.1计算模数 28
5.3几何尺寸计算 28
5.4轴承的选择 30
第6章多功能跑步机重要部位力学有限元分析 31 35
6.2折叠功能的设计 35
6.3扭腰盘设计 36
总结 38
致谢 39
参考文献 40

第1章 绪论

1.1课题背景
近年来随着人们的生活水平的提高，跑步机已经很普遍的陈列在很多家庭里，其原因是由于户外环境的污染严重限制了人们在户外活动的空间，据调查，一方面每天城市的大部分污染气体都来自于汽车尾气，而人们晨练呼入气体而生病的根端就是吸入了太多污染气体，所以人们在寻找一种可以不用到户外就能享受到舒适锻炼的感觉，所以室内锻炼越来越成为一种主流的健身方式，在经过多年的研究中发明了跑步机，但是跑步机却又完全限制了人们的活动空间，使得人们只能在单调的室内无聊的做着相同的动作，也因此很多人得了抑郁症，对锻炼身体彻底失去了信心，其原因就是因为跑步机作为一种锻炼工具，其锻炼持续时间过长，而且锻炼身体的方式有比较单调，使得人们厌倦了这种锻炼方式，本人就在想能不能设计出一种更多功能的跑步机，使得跑步机不再是那种单调的无聊的乏味的健身意图，最终经过我很长时间的思考最后选择在跑步机原有的基础上在增加一些功能，使得跑步机的健身方式不再那么单调，不会让健身成为某些人抑郁症的导火索，更多的是让健身成为一种乐趣，适合大众的，并能够是跑步机打到他本来的目的，不会给人压力感。另一方面人们的消费观念也在悄悄变化，人们在看待物质的眼光也在变化，人们的生活水品决定了人们的购买力，同时也决定了人们购买物品是考虑到的因素，跑步机作为一种家用的健身器材，人们会考虑它的实用性和耐久性舒适性，所以设计这款多功能跑步机同时也要考虑前面提到的需求性，使得最终设计的多功能跑步机能够满足社会的需求，最终赢得广大老百姓的亲睐。
1.2跑步机的现状
现在的跑步机行业可谓是特别火爆的一个行业，人们对健身的渴望使得现在的跑步机现在呈现出几种趋势，有单功能的跑步机，单纯以跑步为主要目的的跑步机，这种跑步机比较枯燥乏味，还有就是价格比较贵，噪音比较大，有时也经常会发生安全问题，舒适度也是很低的。在设计方面还有很多问题，在家庭中使用不是很合理的，严重影响了人们的生活方式，人们现在的消费观念是绿色环保实用还有节能省钱，而现在的跑步机存在的诸多问题并不能满足人们的生活需求，所以跑步机市场迫切需要一次改革，出现一种新型跑步机来取代现在老旧的跑步机，使得这个很有潜力发展的跑步机市场增添活力。
1.3设计方法
首先根据大学四年所学的专业课知识活学活用充分结合实践通过网络了解跑步机的相关资料，然后根据跑步机的结构再深入了解跑步机的内部构造和运动原理，在同学和指导老师的帮助下完成多功能跑步机的谁，通过现有的跑步机的结构分析和运动原理确定自己跑步机的结构，最后进行类比，选出最优的方案，然后进行优化处理，最终保证其机械性能能够满足要求，具体设计步骤如下：
1.认识多功能跑步机
通过对市场上的多功能功能跑步机的运动工作原理及跑步机的发展史的了解，初步了解到了跑步机的外形尺寸及其大致的结构和运动 功能。同时在学校图书馆的外文资源下载网站上查阅到了很多关于多功能功能跑步机的一些相关信息，并了解到了多功能跑步机的内部结构和很多核心的结构组成部分，比较出了多功能跑步机的共同优缺点，和多功能跑步机的共同性质和特征。
2. 构思设计
本次设计的过程中主要是基于原有跑步机的基础上在增加很多功能并对原有的多功能跑步机进行改进，考虑到最主要的是现在跑步机的功能都比较有限，不能合理的布局在跑步机的各个方位，所以增加一些新的功能，使得跑步机更适合大众化，主要增加多功能跑步机的折叠功能，仰卧起坐功能，扭腰功能等等，并在这些新的功能方面进行优化处理，选出最受大众欢迎的几种功能，，考虑到多功能跑步机在设计过程中
1.3.1原型初步设计
我的设计思路是在原有跑步机的基础上再增加一些功能，并实现一种大众化的跑步机的设计，由于是从原有的基础上设计，最主要的问题就是增加哪些功能到跑步机上，并且这些新功能加到跑步机上怎么样布局才会最合理，所以最主要的就是要合理设计多功能跑步机的尺寸画出关键机构和联接部分的草图，并借助PRO/E和AutoCAD软件作出这些部分的准确图形，在准确的图形上再次分析布局的合理性，形成一个初期产品。再由指导老师的进行检验和建议后对缺陷和不合理的地方进行改善。在这个过程中借助PRO/E、AutoCAD、仿真软件。对我设计的多功能跑步机进行外观设计，并对重要的机构部件进行受力分析，计算尺寸，进行合理的强度和刚度校核，在根据要求设计出产品。
1.4设计内容及其预期成果
1.4.1基本要求
1.设计出一种便捷简单实用的多功能跑步机。
2.适用于大众需求，操作简单，价格实惠。
3.运用proe和autoCAD软件对零件进行建模并做装配和运动仿真。
1.4.2主要任务
1.功能设计
2. 结构设计（零件图，装配图）
3.运动仿真
4.材料选用和校核
5.市场调研
1.4.3 最终成果
1.实现多功能跑步机的多功能化
2.绘制出多功能跑步机的装配图和零件图
3.利用proe软件对多功能跑步机做运动仿真
4.对重要零件进行受力分析和强度校核，使得多功能跑步机在使用过程中很环保，高效率。
第2章 总体方案设计
2.1研究方案
2.1.1老式跑步机的简介
老式跑步机功能单一，靠普通电机实现运转，控制部分比较老旧，自动化程度低，工作方式比较单一，能耗比较大，工作效率低，产生的噪音比较大。

图 2-1 老式跑步机结构

2.1.2多功能跑步机的基本原理
多功能电动跑步机主要由机架、电动机、可调电源、跑步皮带及仪表控制盘组成，其特征在于框架与支架垂直连接，前轴与后轴分别装在框架的两端，前滚筒与后滚筒分别用轴承套装在前后轴上，跑步皮带张紧绕装在前后滚筒上，跑步皮带下装有支撑跑步板，从动皮带轮紧装在前滚筒的一端，电动机、可调电源安装在框架的前端，控制传感器装在电动机上，速度传感器安装在紧靠在从动皮带轮的框架上，皮带调节螺栓一端连接在电动机外壳的孔板上，另一端连接在焊接于框架前端的孔板上，跑步机扶手架安装于支架的顶端，仪表控制盘安装于扶手架上。传动方式采用带传动机构，传动级为一级。同时在支架上安有扭腰盘和仰卧起坐以及折叠功能来实现其多功能性。传动方式采用带传动机构，带传动具有制造简单、价格低廉、无噪声、适合跑步机的使用。多楔带适于传递功率较大而又要求结构紧凑的场合，特别能适应带轮直径小的传动，因此本设计选择多楔带，连接电机输出轮与前滚筒轮，将动力传至跑步带，从而实现跑步带的移动。

2.2方案的对比和确认
最终通过两种多功能跑步机的对比，可以看出多功能跑步机更适应市场的需求和社会的发展需求，多功能跑步机通过电动机驱动齿轮传动，将动力输送到轴上，然后带动跑步带运转，是跑步爱好者在跑步带上随着跑带运动。多功能跑步机的三维图如下;

图2-2多功能跑步机三维图
多功能跑步机的主要尺寸选择是根据市场上用比较广泛的跑步机的尺寸定制的;我设计的多功能跑步机其长度为
第3章 传动装置的设计
3.1电动机的选择
多功能跑步机的唯一动力源就是电动机了，电动机一般可以分为直流电动机和交流电动机。在选择电动机的时候最需要考虑的就是电动机的实用性，交流电动机不是很安全，比较容易坏，需要经常维护维修，噪音比较大，输出环境不太稳定，一般适用于商业上的中大型运动器材，虽然交流电机可以长时间运转，但是做为家用跑步机一般最多连续运转十个小时就已经够了。而直流电动机则是比较安全的，可以用很长时间，不容易坏，不需要经常维护维修，噪音比较小，输出环境稳定，运转平稳，波动小，可以让体验者有种安全感，一般适用于家庭中的跑步机的动力源。所以最终选择直流电动机作为本次设计的多功能跑步机的唯一动力源。然后在选择多功能跑步机的直流电机的功率。考虑到当人们在跑步机上跑动或走动时会对跑步机施加不同的作用力，一般人毁在跑步或走动的情况下对跑步板施加0.8--2.5倍的作用力，所以首先要计算出多功能跑步机的额定功率。

1马力=735瓦 (3-1)

市场上的直流电动机的功率有很多种：1.5马力 , 1.75马力 , 2马力 ,2.5马力 , 3马力。而马力的作用就是为了在一定重量下为输出机构提供动力依据的一种表征，它和重量达到一种一对一的对应关系，使得电机实现一种负反馈。
一般人的体重上线可以设定为100Kg，一般1马力可以提供大约50Kg的重量，换句话说就是跑步机的功率应该设定为2马力，通过计算也就是1.5KW的直流电动机，考虑到当跑步爱好者在跑步机上跑步锻炼身体时，对与跑步板有一个非常大的冲击负载核，这就需要找到一种能搞转矩比较大，运行平稳，抗负载性能功能良好的电动机作为本次多功能跑步机的动力源，这种跑步机放在家庭中，必须是绿色环保的，并且无公害，噪音小，输出的效率比较高，让人在运动的过程中想快就快，想慢就能够平稳的慢下来，并且在市场上的性价比也是比较合理的，并且特别适用，考虑以上因素后，通过比较最终选择zyt42型号的永磁直流电动机作为我们多功能功能跑步机的动力源，这款电动机完全满足了以上的要求，当之无愧的成为了本次家用多功能跑步机的唯一动力源。
表3-1电动机主要参数
名称
符号
参数值
额定功率
P
1.5kW
满载转速
n
3400r/min
伸出端直径
D
19mm
伸出端安装长度
E
mm
安装基础地脚螺栓距离

125mm×100mm
工作电压
U
220V
效率

71%

3.2传动带的设计
已知条件和设计内容：
设计传动带带传动时的已知条件包括,带传动的动作条件,所需传递的额定功率P,主动带轮转速n1。所选的工作部分的传动类型选择带传动,属于定传动比匀速转动机构，带传动具有结构简单，成本低廉 能缓和载荷冲击，运行平稳，无噪声，过载时将引起带在带轮上打滑，因而可防止其他零件的损坏，具有过载保护作用.
初始条件：选择电机为专门为跑步机生产的永磁直流电动机，传动功率P=1.5KW，主动轮转速n1=3400r/min 传动比定为i=2.1 由于多楔带适于传递功率较大而又要求结构紧凑的场合，特别能适应带轮直径小的传动，所以选择这个。

图3-1多功能跑步机跑步带三维图
1.计算设计功率Pca
Pca＝KAP
根据跑步机使用的特性，选择每天工作小时数〈10小时，载荷变动小最终选择KA=1.1见表8-9
Pca=1.1*1.5=1.65kw (3-2)
2.带型号的选择
根据计算功率Pca和带轮转速n1选择多楔带的型号由设计功率Pca=1.65KW和小带轮转速n1=3400r/min选PJ型多楔带。
3.计算带轮直径d（基准直径）
小带轮有效直径的计算：
由表8-9demin=20mm,由表8-9选de1=33.5mm
大带轮有效直径:
小带轮节圆直径
Dd1=de1+2△e=33.5+2x1.2=36mm
由表8-9，△e=1.2
大带轮节圆直径dp2=idp1=2*33.5=67mm
Dd2=dp2-2△e=67-2x1.2=64.6mm
由表8-9，选dd1=63mm
4.验算带速u
u=πdd1n1 /（60×1000） m/s
在这里如果带速度增加，相应的它的离心应力也会随着增加，单位时间内的应力循环次数也会随着增加。反而若带的速度降低，由功率公式可以知道当功率一定时，离心应力越大，张紧力也会越来越大。
根据计算好的速度，带速不宜过高或过低，一般应使u=5---25m/s最好，最高也不允许超过30m/s，因为更高的带轮转速会降低皮带的寿命和疲劳强度，使得皮带轮不能长久地使用，很容易出现带断裂，带的摩擦系数会降低。
u=π*36*3400/60*1000=6.4
从计算的结果可以看出带速远远小于30m/s的最高限制，所以该设计的转速是合理的，可以采纳。
5.初定中心距a0
中心距大，可以增加带轮的包角，减少单位时间内带的循环次数，有利于提高带的寿命，但是中心距过大，则会加剧带的波动，降低带的传递的平稳性，同时增大带的传动的整体尺寸，一般选择带传动的中心距为
0.7（dd1＋dd2）≤a0≤2（dd1＋dd2）
67.55〈a0〈193

初定 a0=160mm

6.确定带的有效长度Le
Le0=2a0+π/2（dd1＋dd2）+(dd2-dd1)2/4a0
=2*160+151.505+1.45 (3-3)
=472.96mm
则带的有效长度选Le=470mm

7.计算实际中心距及其变动范围。
传动的实际中心距近似为：
a=a0+(Ld- Ld0)/2 (3-4)
考虑到带轮的制造误差，带长误差，带的弹性以及带的松弛而产生的补充张紧的需要，所以带的实际中心距a为：

a=a0+(Le- Le0)/2
=160-1.48
=158.52mm

则a1=163.52mm a2=150.52mm
8.计算小带轮上的包角α1
α1≈π-（dd2-dd1 ）/a (3-5)
=3.14-0.199
=2.94rad<π
所以选择比较合适。多功能跑步机跑步带三维图如下：

图3-2多功能跑步机带传动三维图

第4章 轴的设计
4.1轴的计算
根据所选电动机的额定功率为1.5kw，输出轴的转速为3400r/min，输入转矩约为1000N.m。市场调查，回转式贴标机每小时的贴标数量大约为40000～50000件，输入转矩约为300～400N.m。由公式
(4-1)
可知，由此可以计算出工作机实际需要的功率为2.8kw
根据计算出的功率查表2-4[1]确定所选电动机型号为zyt42，满载转速为n=3400r/min，额定功率为p=1.5kw，，。
带轮轮传递效率为=0.97；
一对滚动轴承的效率为=0.98；
传动系的总效率：总 = × =0.95
驱动装置输出的功率：
Pw =总Pe =0.95x1.5kW=1.425kW （4-2）
在计算出的功率范围类，满足要求。
4.2计算传动装置的传动比
由选定的电动机满载转速nm和输出转速nw=400r/min，可得驱动装置总传动比为 (4-3)
材料：选用45号钢调质处理，硬度为217-255HBs,许用弯曲应力[]=60MPa;
查[2]表15-3取A=50mm
4.2.1传动轴I的结构设计
（1）计算轴I的运动学和动力学参数
=0.712kW , =n=346.5r/min，
=9550xN.m=19.62N.m=19620N.mm （4-4）

（2）各轴段直径的确定
由 =0.3mm （4-5）
选轴承60000，其内径为10mm，所以取；第一段为外花键，第二、四段装轴承；第三段装齿轮，又套筒定位；左端为内花键，内径7mm,外径10mm,由于轴肩高（0.07~0.1），取1mm，则；
外花键长6mm,60000轴承厚8mm，套筒1个，每个宽3mm，齿轮宽6mm，内花键段长12mm,考虑到外花键与第二段处轴承间设计长度，所以初取=37mm，=12mm。
综上所述：该轴的长度=49mm

4.2.2校核该轴
1.轴的应力分析
跨距L=49mm
=29mm，=12mm，
①作用在齿轮上的转矩为：
小齿轮分度圆直径d1=64mm
②作用在齿轮上的圆周力为：
（4-6）
③径向力为 （4-7）
④求垂直面的支承反力：
（4-8）
11N （4-9）
⑤求水平面的支承反力：
由得
（4-10）
（4-11）
⑦绘制垂直面弯矩图

（4-12）
（4-13）
⑧绘制水平面弯矩图

=217x29=6293N.mm （4-14）
=396x12=4752N.mm （4-15）
2. 按弯曲扭转合成应力校核轴的强度
①考虑最不利的情况，把直接相加
（4-16）
②取折合系数
根据== （4-17）
前已选轴材料为45钢，调质处理。
③查表15-1得[]=60MP
则〈 [] 此轴合理安全
4.2.3精确校核轴的疲劳强度
1.判断危险截面
键槽的应力集中较系数比过盈配合的小，因而,该轴只需校核齿轮安装处截面左右两侧需验证即可.
2.截面左侧
①抗弯系数 W=0.1=0.1=100
②抗扭系数 =0.2=0.2=200
③截面Ⅶ的右侧的弯矩M为 （4-18）
④截面Ⅳ上的扭矩为 =980000m
⑤截面上的弯曲应力 （4-19）
⑥截面上的扭转应力 == （4-20）
⑦轴的材料为45钢。调质处理。
⑧由课本表15-1查得：
，，
因 ，
经插入后得2.0， =1.31
轴性系数为， =0.85
K=1+=1.82 ， K=1+（-1）=1.26 （4-21）
所以， ，
综合系数为： K=2.8 ， K=1.62
碳钢的特性系数 ， 取0.1
，取0.05
⑨安全系数
=20.17，=7.49 （4-22）
=≥S=1.5 （4-23）
所以它是安全的。
3.截面右侧
①抗弯系数 W=0.1=0.1=487N.mm
②抗扭系数 =0.2=0.2=974N.mm
③截面Ⅳ左侧的弯矩M为 M=126000MPa
④截面Ⅳ上的扭矩为 =980000N.mm
⑤截面上的弯曲应力 （4-24）
⑥截面上的扭转应力 ==1.31 （4-25）
K= K= （4-26）
所以， ，
⑦综合系数为：K=1.82 ， K=1.26
⑧碳钢的特性系数
取0.1 取0.05
⑨安全系数
S=18.74 （4-27）
S9.59 （4-28）
=≥S=1.5 （4-29）
所以它是安全的。
1.由前面的计算可知
P2= p1=7.13x0.97=6.93kw，n2=100r/min
（4-30）
2.初步确定轴的最小径轴
材料为45＃钢，调质处理取
（4-31）
由于轴上开有两个键槽，轴的直径需要增大10%，故，取整得的d2=60mm
3.齿轮圆周力：

（4-32）
（4-33）
4.轴的结构设计
轴头放到轴里边，但是不能穿过轴承与因此L1<39mm，我设计的尺寸为L1=35mm，轴肩承受轴向载荷不宜太薄，也不能太厚，因此我设计的尺寸为L2=30mm，第三段安装齿轮，根据齿轮宽度设计的尺寸为L3=60mm，最小段需要安装气动装置和圆盘，因此需要适当的长一些，因此我设计的尺寸为L4=520mm。
各段尺寸如图4-5所示：

图4-5 轴II尺寸图
5.轴上的载荷计算与校核：
（4-34）
（4-35）
绘出H面的内的弯矩图

由图可以看出最大弯矩发生在齿轮截面C上其值为：
（4-36）
绘出V平面内的弯矩图

由上图可以看出V平面内的最大弯矩也发生在C截面上，但弯矩值有突变其值为
（4-37）
（4-29）
由于在H平面和V平面的最大弯矩都在C截面上，所以将C平面上的弯矩进行合成得到
（4-38）
（4-39）
绘制合成弯矩图

绘制扭矩图

轴在扭矩与弯曲组合变形下，按第四强度理论计算的强度条件[5]（式8-11）为： （4-40）
所以只需则满足要求，查表12-4[2]可知，
（4-41）
（4-42）
可知d2=60时强度满足要求。
由于轴II最小径上要安装一个气动装置，受轴向载荷，因此还要对其进行稳定校核
6.稳定校核
(1)最小轴的安装属于压杆稳定中的一端固定一端自由类型，查表14-1[5]可知
长度系数,最小轴长度为L4=520mm
(2)计算最小轴的柔度
，L4=520mm， （4-43）
柔度 （4-44）
对于45号钢，，属于中柔度杆，
故
查表12-2[12]可知45号钢a=461，b=2.57，代入上式计算得
(3)计算最小轴的许可载荷

查表14-3[5]可知稳定安全系数nst=1.8～3.0，取nst=2.0
（4-45）
按重力加速度g=9.8N/kg计算，则许可承受的质量为（4-38）
气动装置的比较轻其质量小于m，故最小轴满足稳定条件。
4.2.4轴III计算与校核
1.由前面算得P3=6.72kw,n3=200r/min,T3=320.88N.m
2.求作用在轴上齿轮上的力
（4-46）
（4-47）
3.初步确定轴的最小直径
现初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理据表15-3[3]，取A=110，于是得：
（4-48）
因为轴上应开1个键槽，所以轴径应增大5%-7%故取d=37.37mm，取最小径为50mm.
4.轴的结构设计
轴头直接与轴承接触，但是不能接触到底座内壁，因此L1<31，我设计的尺寸为L1=27mm，L2端是轴肩需要承受一定的轴向载荷，因此不能太薄，我设计的尺寸为L2=30mm，第三段是安装齿轮用的，根据齿轮尺寸，我设计的尺寸为L3=60mm，最小段需要伸出上工作台装零件，因此不能太短，根据需要我设计的尺寸为L4=250mm。
各段尺寸如图4-6所示：

图4-6 轴III尺寸图
5.轴上的载荷计算与校核：

（4-49）
（4-50）
，直齿轮的螺旋角=0，所以=0.
轴承支反力
（4-51）
（4-52）
绘出H面的内的弯矩图

由图可以看出最大弯矩发生在齿轮截面C上其值为：
（4-53）
绘出V平面内的弯矩图

由上图可以看出V平面内的最大弯矩也发生在C截面上，但弯矩值有突变其值为
（4-54）
（4-55）
由于在H平面和V平面的最大弯矩都在C截面上，所以将C平面上的弯矩进行合成得到
（4-56）
（4-57）
绘制合成弯矩图，如下图

绘制扭矩图，如下图

轴在扭矩与弯曲组合变形下，按第四强度理论计算的强度条件[5]（式8-11）为： （4-58）
所以只需则满足要求，查表12-4[2]可知，
（4-59）
（4-60）
可知强度满足要求。
4.2.5轴承的选择
1. I轴上轴承的选择
轴I的大端直径为60mm，据此查表10-1[1]可知选用轴承代号为N312E,内径为60mm，宽度为31mm，最大直径为130mm，基本额定动载荷Cr=142kN，油润滑的极限转速为5600r/min
轴I的端直径为50mm，据此查表10-1[1]可知选用轴承代号为N310E，内径为50mm，宽度为27mm，最大直径为110mm，基本额定动载荷Cr=105kN，油润滑的极限转速为6700r/min。
2.轴II上轴承的选择
轴II的大端直径为80mm，据此查表10-1[1]可知选用轴承代号为N316E，内径为80mm，宽度为39mm，最大直径为170mm，基本额定动载荷Cr=245kN，油润滑的极限转速为4300r/min，
轴II的小端直径为60mm，据此查表10-1[1]可知选用轴承代号为N312E，内径为60mm，宽度为31mm，最大直径为130mm，基本额定动载荷Cr=142kN，油润滑的极限转速为5600r/min。
3.轴III上轴承的选择
轴I的大端直径为60mm，据此查表10-1[1]可知选用轴承代号为N312E,内径为60mm，宽度为31mm，最大直径为130mm，基本额定动载荷Cr=142kN，油润滑的极限转速为5600r/min
轴I的端直径为50mm，据此查表10-1[1]可知选用轴承代号为N310E，内径为50mm，宽度为27mm，最大直径为110mm，基本额定动载荷Cr=105kN，油润滑的极限转速为6700r/min。

4.3各轴上键的选择
4.3.1轴I上键的选择
轴I上有一个将齿轮与轴连接在一起的平键，连接处轴的尺寸为60mm，依据此数据查表9-25可知当58<d<65时，键的尺寸为，故键的宽度为18mm，高度为11mm。
4.3.2轴II上键的选择
轴II上有两处使用了键连接，第一处是轴与齿轮连接，第二处是轴与圆盘连接，齿轮处轴的直径为70mm，查表9-25可知键的尺寸为，圆盘处轴的直径为60mm，查表9-25可知当58<d<65时，键的尺寸为.
4.3.3轴III上键的选择
轴III上有一个将齿轮与轴连接在一起的平键，连接处轴的尺寸为60mm，依据此数据查表9-25可知当58