Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего образования «Северный (Арктический) федеральный университет
имени М. В. Ломоносова»
ДЕТАЛИ МАШИН И ОСНОВЫ
КОНСТРУИРОВАНИЯ
Учебное пособие
Архангельск
САФУ
2018
Стр.1
2
УДК 621.8 (075)
ББК 34.42я73
Д 38
Рекомендовано к изданию учебно-методическим советом
Северного (Арктического) федерального университета
имени М.В. Ломоносова
Рецензенты:
Е.О. Орленко, кандидат техн. наук, эксперт ООО ИКЦ «Паритет»;
И.О. Думанский, кандидат технических наук, доцент
кафедры технического инжиниринга САФУ
Детали машин и основы конструирования [Электронный ресурс]:
Д 38
учебное пособие / Г.Ф. Прокофьев, Н.Ю. Микловцик, М.Ю. Кабакова,
Т.В. Цветкова; Сев. (Арктич.) федер. ун-т. – Электронные текстовые
данные – Архангельск: САФУ, 2018. – 194 с.
ISBN 978-5-261-01309-9
Рассмотрены основы конструирования машин, механические передачи,
валы и оси, подшипники, муфты, соединения деталей машин.
Пособие предназначено для студентов всех направлений подготовки,
изучающих дисциплины: «Детали машин и основы конструирования»,
«Прикладная механика», «Механика» и «Теоретическая и прикладная механика».
УДК
621.8 (075)
ББК 34.42я73
Издательский дом им. В.Н. Булатова САФУ
163060, г. Архангельск, ул. Урицкого, д. 56
ISBN 978-5-261-01309-9
© Северный (Арктический) федеральный
университет им. М.В. Ломоносова, 2018
Стр.2
3
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .............................................................................................................
ТЕМА 1. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К СОЗДАВАЕМЫМ ИЗДЕЛИЯМ
.......................................................................................................................
Интересы производителя изделия .........................................................................
Требования потребителя изделия .........................................................................
ТЕМА 2. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ И ВИДЫ КОНСТРУКТОРСКИХ
ДОКУМЕНТОВ .....................................................................................................
ТЕМА 3. СТАДИИ РАЗРАБОТКИ КОНСТРУКТОРСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ
И ИЗДЕЛИЙ ..................................................................................................
Техническое предложение .....................................................................................
Эскизный проект .....................................................................................................
Технический проект ...............................................................................................
Рабочая документация ............................................................................................
ТЕМА 4. ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ МАШИН .......................................
ТЕМА 5. ВИДЫ НАГРУЗОК И КРИТЕРИИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ
ДЕТАЛЕЙ МАШИН .............................................................................................
ТЕМА 6. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧАХ .............
ТЕМА 7. РЕМЕННЫЕ ПЕРЕДАЧИ .....................................................................
Основные сведения .................................................................................................
Конструкция, параметры и материалы ремней ...................................................
Основные геометрические соотношения ременных передач .............................
Силы в ременной передаче и напряжения в ремне .............................................
Критерии работоспособности ременных передач ...............................................
Конструирование шкивов ......................................................................................
ТЕМА 8. ЦЕПНЫЕ ПЕРЕДАЧИ ...........................................................................
Основные сведения .................................................................................................
Конструкции и параметры приводных цепей ......................................................
Критерии работоспособности цепных передач ...................................................
Расчет цепной передачи с роликовой приводной цепью ....................................
Конструирование звёздочек ..................................................................................
ТЕМА 9. ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ .......................................................................
Основные сведения .................................................................................................
Цилиндрическая прямозубая передача .................................................................
Цилиндрическая косозубая передача ...................................................................
6
8
8
12
17
21
21
22
23
24
26
32
36
41
41
42
45
46
48
48
53
53
54
55
55
58
63
63
64
67
Стр.3
4
Цилиндрическая шевронная передача ..................................................................
Коническая зубчатая передача ..............................................................................
Критерии работоспособности и расчёт зубчатых передач .................................
ТЕМА 10. ЧЕРВЯЧНЫЕ ПЕРЕДАЧИ ..................................................................
Особенности передачи и классификация .............................................................
Параметры червячной передачи ............................................................................
Расчет червячных передач .....................................................................................
ТЕМА 11. ВАЛЫ И ОСИ .......................................................................................
Основные сведения о валах и осях .......................................................................
Конструктивные элементы валов и осей ..............................................................
Материалы валов и осей ........................................................................................
Критерии работоспособности валов .....................................................................
Ориентировочный расчет вала ..............................................................................
Приближенный расчет вала ...................................................................................
68
69
71
81
81
84
88
95
95
96
97
97
98
99
Проверочный расчёт валов на усталостную прочность ..................................... 100
Проверочный расчёт валов на жесткость ............................................................. 102
Проверочный расчёт валов на виброустойчивость ............................................. 103
ТЕМА 12. ПОДШИПНИКИ .................................................................................. 104
Подшипники скольжения ...................................................................................... 104
Подшипники качения ............................................................................................. 107
ТЕМА 13. МУФТЫ ................................................................................................ 117
Нерасцепляемые муфты ......................................................................................... 118
Управляемые муфты .............................................................................................. 121
Самодействующие муфты ..................................................................................... 123
Выбор муфт ............................................................................................................. 126
ТЕМА 14. РЕЗЬБОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ............................................................. 128
Общие сведения ...................................................................................................... 128
Геометрические параметры резьбы ...................................................................... 128
Виды резьбовых соединений ................................................................................. 129
Классификация резьб ............................................................................................. 129
Силовые соотношения, условие самоторможения и КПД винтовой пары ....... 132
Расчет резьбовых соединений на прочность ....................................................... 132
ТЕМА 15. ШПОНОЧНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ........................................................ 137
Соединения призматическими шпонками ........................................................... 137
Соединения сегментными шпонками ................................................................... 139
Соединение клиновыми шпонками ...................................................................... 140
Соединения тангенциальными шпонками ........................................................... 141
Стр.4
5
ТЕМА 16. ШЛИЦЕВЫЕ (ЗУБЧАТЫЕ) СОЕДИНЕНИЯ .................................. 143
Шлицевые соединения с треугольным профилем ............................................... 144
Шлицевые прямобочные соединения ................................................................... 144
Шлицевые эвольвентные соединения .................................................................. 145
Расчет шлицевых соединений на прочность........................................................ 145
ТЕМА 17. СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ................................................................ 147
Общие сведения ...................................................................................................... 147
Виды сварных соединений и швов ....................................................................... 148
Расчет стыковых швов ........................................................................................... 150
Расчет угловых швов .............................................................................................. 151
ТЕМА 18. ЗАКЛЕПОЧНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ...................................................... 153
Общие сведения ...................................................................................................... 153
Основные типы и материал заклепок ................................................................... 154
Расчет заклепочных соединений на прочность ................................................... 156
ТЕМА 19. СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН ПОСАДКОЙ С НАТЯГОМ ... 157
Общие сведения ...................................................................................................... 157
Расчет на прочность соединений с натягом ......................................................... 158
Подбор стандартной посадки ................................................................................ 161
ТЕМА 20. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ДОПУСКАХ И ПОСАДКАХ И
ОБОЗНАЧЕНИЕ ДОПУСКОВ И ПОСАДОК НА ЧЕРТЕЖАХ ........................ 165
ПРИЛОЖЕНИЯ. Плакаты 1 – 25 .......................................................................... 169
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ..................................................................................... 194
Стр.5
6
ВВЕДЕНИЕ
В условиях современной экономической ситуации необходимы мероприятия,
направленные на усиление национальных конкурентных преимуществ
и потенциала отечественных промышленных предприятий. Реализация
этих мероприятий невозможна без создания новой высокоэффективной
техники – техники новых поколений и рациональной её эксплуатации.
Современный
инженер, помимо своих специальных знаний, должен обладать
знаниями и в других областях: в области экономики и управления
производством, управления качеством, в области управления и автоматизации
технологических процессов. В условиях, когда знания быстро устаревают,
специалисты должны постоянно повышать свою квалификацию.
Одно из центральных мест при создании новой техники отводится конструированию.
Инженер-конструктор должен знать технологию производства,
способы обработки деталей, методы контроля; уметь выполнять расчёты для
нахождения оптимальных технических решений; иметь навыки разработки
конструкторской документации, полностью отвечающей требованиям производства.
Несмотря
на огромное разнообразие выпускаемых машин, в них имеется
большое количество схожих по конструкции и назначению деталей,
сборочных единиц, соединений, передач: крепежные детали (болты, винты,
шпильки, гайки и другие), валы и оси, опоры валов и осей (подшипники
скольжения и качения), соединения (резьбовые, шпоночные, шлицевые,
сварные, заклепочные и другие), передачи (зубчатые, червячные ременные,
цепные и другие). Применение однотипных стандартизованных и
унифицированных элементов значительно ускоряет и удешевляет проектирование
новой техники.
В курсе «Детали машин и основы конструирования», а также в дисциплинах
«Механика» и «Прикладная механика» студентами изучаются
Стр.6
7
детали, сборочные единицы, механические передачи и соединения деталей
машин общего назначения.
Авторы на основании обобщения материалов, приведенных в разных
литературных источниках и стандартах, а также учитывая собственный
опыт работы по созданию новой техники и преподавания дисциплин, приводят
в данном учебном пособии основные сведения, необходимые как
для получения теоретических знаний, так и для выполнения расчётнографических
работ, курсовых проектов и курсовых работ по дисциплинам
«Детали машин и основы конструирования», «Прикладная механика»,
«Механика» и «Теоретическая и прикладная механика».
В работе рассмотрены назначение и структура приводов машин, зубчатые,
червячные, ременные и цепные передачи, валы и оси, муфты, шпоночные
и шлицевые соединения, подшипники скольжения и качения,
смазка и смазочные устройства, уплотнения, монтаж приводов машин.
Уделено внимание конструкции, классификации, области применения,
кинематическим и силовым расчётам, методам изготовления, правилам
подбора и методам конструирования с выполнением сборочных и рабочих
чертежей в соответствии с действующими стандартами.
Авторы надеются, что учебное пособие будет полезно для студентов
технических направлений подготовки и специальностей всех форм обучения.
Стр.7