Детали машин

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  
АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 

Инженерный институт 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ДЕТАЛИ МАШИН 
 
Учебно-методическое пособие 
для студентов специальности  
260501 – Технология продуктов  
общественного питания 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Новосибирск 2010 

Кафедра теоретической и прикладной механики 

 
УДК 621.81 
ББК 34.44 

Составитель: ст. преподаватель Е.А. Пшенов 

Рецензент: канд. тех. наук, проф. М.Н. Мефодьев  

Детали машин: учеб.-метод. пособие / Новосиб. гос. аграр. ун-т. 

Инжен. ин-т; сост. Е.А. Пшенов. – Новосибирск, 2010. – 91 с.  

Учебно-методическое пособие содержит требования ФГОС ФПО 

2000 г. по обязательному минимуму содержания основной образовательной программы, рабочую программу дисциплины, краткое изложение теоретического материала, примеры решения типовых задач. 

Предназначено для студентов очной и заочной форм обучения 

Биолого-технологического факультета НГАУ специальности 260501 – 
Технология продуктов общественного питания. Материалы могут быть 
рекомендованы студентам инженерных специальностей очной и заочной форм обучения при выполнении отдельных разделов в курсовом 
проектировании и при самостоятельной работе.  
Утверждено и рекомендовано к изданию методическим советом 
Инженерного института (протокол №11 от 19 октября 2010 г.). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
© Новосибирский государственный  
   аграрный университет, 2010 

 
2 

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ 

«ДЕТАЛИ МАШИН» 

Цель дисциплины – научить будущих инженеров применять общие 
принципы расчета на прочность, износостойкость, жесткость, а также 
дать представления, знания, умения и навыки по расчету и проектированию деталей, сборочных единиц, механизмов общего назначения.  
В результате изучения дисциплины студенты должны знать: 
– типовые конструкции деталей и сборочных единиц общего назначения; 
– основные теории расчета соединений и механических передач; 
– основы проектирования механических передач. 
Должны уметь: 
– выполнять расчеты деталей и сборочных единиц общего назначения; 
– грамотно пользоваться справочной литературой, ГОСТами; 
– выбирать материалы для деталей машин; 
– самостоятельно модернизировать узлы и механизмы машин с 
учетом всех предъявляемых требований. 
 
Введение 

Понятия детали, механизма и машины. Требования к машинам и 

деталям. Критерии работоспособности и расчета деталей машин.  
 
1. Соединение деталей машин и аппаратов 

Классификация соединений и их применение. 
1.1. Резьбовые соединения. Классификация резьбы. Геометрические параметры резьбы. Теория винтовой пары: момент завинчивания, 
КПД, условия самоторможения. Распределение осевой нагрузки по 
виткам резьбы гайки. Основные типы крепежных деталей. Способы 
стопорения резьбовых соединений. Расчет резьбы на прочность. Расчет на прочность стержня винта болта при различных случаях нагружения. 
1.2. Заклепочные соединения. Общие сведения. Конструкция соединений. Расчет заклепочных соединений; допускаемые напряжения 
при постоянных и переменных нагрузках.  
1.3. Сварные, паяные, клеевые соединения. Характеристика и области применения. Основные конструкции сварных швов. Расчет на 
прочность, допускаемые напряжения при статических и переменных 
нагрузках.  
1.4. Шпоночные, штифтовые и шлицевые соединения. Сравнительная характеристика и области применения. Расчет ненапряженных 
шпоночных соединений (призматическими и сегментными шпонками). 

 
3

2. Валы, оси, подшипники, муфты 

2.1. Общие сведения, классификация, конструкция валов и осей. 
Проектный расчет валов. Проверочный расчет валов. 
2.2. Подшипники. Назначение и классификация. Подшипники 
скольжения, общие сведения и классификация. Условный расчет подшипников скольжения. Общие сведения и классификация подшипников качения. Практический расчет (подбор) подшипников качения.  
2.3. Муфты. Общие сведения, назначение и классификация. Глухие муфты, их конструкция, область применения. Жесткие компенсирующие муфты, их конструкция, область применения. Упругие муфты 
и их конструкция, область применения. Сцепные муфты: кулачковые и 
фрикционные, их конструкция, область применения. Регулируемые: 
обгонные, центробежные и предохранительные, их конструкция, область применения. Сведения о выборе и расчете муфт. 
 
3. Механические передачи 

3.1. Общие сведения о механических передачах. Назначение и 
классификация. Основные кинематические и силовые соотношения в 
передачах. 
3.2. Зубчатые передачи. Назначение и классификация зубчатых 
передач. Цилиндрические зубчатые передачи. Материал зубчатых колес и термическая обработка. Основные геометрические параметры 
зубчатых передач. Силы, действующие в зацеплении. Расчет прочности зубьев по контактным напряжениям и изгибу. Конические зубчатые передачи. Основные геометрические параметры. Силы, действующие в зацеплении. Особенности расчета передач на прочность. 
3.3. Червячные передачи. Характеристика, области применения. 
Виды червяков. Кинематические и геометрические параметры червячной передачи. Материалы червячной пары. Силы, действующие в зацеплении. Основы расчета червячных передач на контактную прочность и на изгиб.  
3.4. Ременные передачи. Основные характеристики, области применения. Основные геометрические соотношения ременных передач. 
Силы в передаче. Скольжение ремня по шкиву. Передаточное число.  
3.5. Цепные передачи. Основные характеристики и области применения передач. Основные кинематические и геометрические параметры. Силы, действующие в ветвях цепи. Критерии работоспособности. Расчет цепных передач. 

 
4 

ВВЕДЕНИЕ 

Механизмом называют систему тел, предназначенную для преобра
зования движения одного или нескольких тел в требуемые движения 
других тел. 

Машиной называют механизм или сочетание механизмов, которые 

служат для облегчения или замены физического или умственного труда человека и повышения его производительности. 

В зависимости от основного назначения различают два вида машин: 
1) энергетические, преобразующие любой вид энергии в механи
ческую и наоборот (двигатели, динамомашины, компрессоры и др.); 

2) рабочие, в том числе: 
технологические, изменяющие свойства, форму и размеры тел 

(станки, прессы и др.); 

транспортные, перемещающие тела (транспортеры, краны и др.); 
информационные, преобразующие информацию (шифровальные 

машины, механические интеграторы и др.). 

Любая машина (механизм) состоит из деталей. 
Деталь – часть машины, которую изготовляют без сборочных 

операций. Детали могут быть простыми (гайка, шпонка и т. п.) или 
сложными (коленчатый вал, корпус редуктора, станина станка и т. п.). 
Детали (частично или полностью) объединяют в узлы. 

Узел представляет собой законченную сборочную единицу, со
стоящую из ряда деталей, имеющих общее функциональное назначение (подшипник качения, муфта, редуктор и т. п.). Сложные узлы могут включать несколько простых узлов (подузлов); например, редуктор 
включает подшипники, валы с насаженными на них зубчатыми колесами и т. п. 

Среди большого разнообразия деталей и узлов машин выделяют 

такие, которые применяют почти во всех машинах (болты, валы, муфты, механические передачи и т. п.). Эти детали (узлы) называют деталями общего назначения и изучают в курсе «Детали машин». Все другие детали (поршни, лопатки турбин, гребные винты и т. п.) относятся 
к деталям специального назначения и изучаются в специальных курсах. 

Требования к машинам и деталям 

В соответствии с современными тенденциями к большинству про
ектируемых машин предъявляют следующие общие требования: 

•  высокая производительность; 
•  экономичность; 
•  надежность и долговечность; 
•  удобство и безопасность обслуживания; 
•  транспортабельность. 

 
5

При расчетах, конструировании и изготовлении машин должны 

строго соблюдаться стандарты: государственные (ГОСТ), отраслевые 
(ОСТ), предприятий (СТП). 

Применение в машине стандартных деталей и узлов уменьшает 

количество типоразмеров, обеспечивает взаимозаменяемость, позволяет быстро и дешево изготовлять новые машины, а в период эксплуатации облегчает ремонт. 

Критерии работоспособности  

и расчета деталей машин 

Работоспособность деталей машин оценивают по одному или не
скольким критериям, выбор которых обусловлен условиями работы и 
характером возможного разрушения. Такими критериями являются:  

Прочность – способность детали сопротивляться разрушению или 

возникновению пластических деформаций под действием приложенных к ней нагрузок.  

Жесткость – способность детали сопротивляться изменению 

формы и размеров под нагрузкой. 

Износостойкость – свойство материала оказывать сопротивление 

изнашиванию. Под изнашиванием понимают процесс разрушения и 
отделения материала с поверхности твердого тела при трении, проявляющемся в постепенном изменении размеров или формы. Износ (результат изнашивания) снижает прочность деталей, изменяет характер 
сопряжения, увеличивает зазоры в подвижных соединениях, вызывает 
шум. 

Теплостойкость – способность конструкции работать в пределах 

заданных температур в течение установленного срока службы.  

Виброустойчивость – способность изделия выполнять свои 

функции и сохранять свои параметры в пределах значений, предъявляемых к этому изделию, в условиях воздействия вибрации в заданных 
режимах. 

 
6 

1. СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ 

Детали, составляющие машину, связаны между собой тем или 

иным способом. Эти связи можно разделить на подвижные (различного рода шарниры, подшипники, зацепления и пр.) и неподвижные 
(резьбовые, сварные, клеммовые и др.).  

Неподвижные связи в технике называют соединениями. 
По признаку разъемности все виды соединений можно разделить 

на разъемные и неразъемные. 

Разъемные соединения позволяют разъединять детали без их по
вреждения. К ним относятся резьбовые, штифтовые, клеммовые, шпоночные, шлицевые и профильные соединения. 

Неразъемные соединения не позволяют разъединять детали без их 

повреждения. Применение неразъемных соединений обусловлено в 
основном технологическими и экономическими требованиями. К этой 
группе соединений относятся заклепочные, сварные и соединения с 
натягом. 

1.1. Резьбовые соединения 

Резьбовые соединения – соединения с помощью болтов, винтов, 

шпилек, винтовых стяжек и т. д. 

Резьба – выступы, образованные на основной поверхности винтов 

или гаек и расположенные по винтовой линии. 

По форме основной поверхности различа
ют цилиндрические и конические резьбы (рис. 
1.1.). Наиболее распространена цилиндрическая 
резьба. Коническую резьбу применяют для 
плотных соединений труб, масленок, пробок и 
т. п. 

Профиль резьбы – контур сечения резьбы в 

плоскости, проходящей через ось основной поверхности. По форме профиля различают тре
угольные, прямоугольные, трапецеидальные, круглые и другие резьбы. 

Рис. 1.1. Пример цилиндрической и конической резьбы 

По направлению винтовой линии различают правую и левую резь
бы. У правой резьбы винтовая линия идет слева направо и вверх, у левой – справа налево и вверх. Наиболее распространена правая резьба. 
Левую резьбу применяют только в специальных случаях. 

Если витки резьбы расположены по двум или  нескольким  парал
лельным  винтовым линиям, то они образуют многозаходную резьбу.  

По числу заходов различают однозаходную, двухзаходную и т.д. 

резьбы. Наиболее распространена однозаходная. Все крепежные резьбы однозаходные. Многозаходные применяются преимущественно в 
винтовых механизмах. Число заходов больше трех применяют редко.  

 
7

Методы изготовления резьбы 

1. Нарезка вручную метчиками или плашками (рис. 1.2а). Способ 

малопроизводительный. Его применяют в индивидуальном производстве и при ремонтных работах.  

2. Нарезка на токарно-винторезных или специальных станках (рис. 

1.2б).  

3. Фрезерование на специальных резьбофрезерных станках (рис. 

1.2в). Применяют для нарезки винтов больших диаметров с повышенными требованиями к точности резьбы (винты резьбовых передач, резьбы на 
валах и т. д.). 

 
Рис. 1.2. Методы изготовления резьбы 

4. Накатка на специальных резьбонакатных станках-автоматах (рис. 

1.2г). Этим высокопроизводительным и дешевым способом изготовляют большинство резьб стандартных крепежных деталей (шпильки, 
винты и т. д.). Накатка существенно упрочняет резьбовые детали. 

5. Литье на деталях из стекла, пластмассы, металлокерамики и др. 
6. Выдавливание на тонкостенных давленных и штампованных из
делиях из жести, пластмассы и т. д. 

Геометрические параметры резьбы: 

d – наружный (номинальный) диаметр; 
d1 – внутренний диаметр (d и d1 одинаковы 

для винта и гайки; 

d2 – средний диаметр (диаметр воображаемого 

цилиндра, образующая которого пересекает резьбу 
в таком месте, где ширина выступа равна ширине 
впадины); 

h – рабочая высота профиля, по которой соп
рикасаются боковые стороны резьб винта и гайки;  

р – шаг (расстояние между одноименными 

сторонами соседних профилей, измеренное в направлении оси резьбы);  

р1 – ход (поступательное перемещение образующего профиля за 

один оборот или относительное осевое перемещение гайки за один 

а 
б 
в 
г 

Рис. 1.3. Метрическая 
резьба 

 
8 

оборот). Для однозаходной резбы р1=p, для многозаходной р1=пр, где 
п – число заходов; 

 – угол профиля;  
ψ – угол подъема (угол подъема развертки винтовой линии по 

среднему диаметру): 

2
d
p
arctg




 
(1.1) 

Все геометрические параметры резьб и допуски на их размеры 

стандартизованы. 

Таблица 1.1. Резьба метрическая (выборка). Размеры, мм 

Номинальный диаметр резьбы, D 
Внутренний  
диаметр резьбы, d1
Средний диаметр 
резьбы, d2 
Шаг резьбы, p

6 
4,92 
5,35 
1 

8 
6,65 
7,19 
1,25 

10 
8,38 
9,03 
1,5 

12 
10,11 
10,86 
1,75 

14 
11,84 
12,70 
2 

18 
15,29 
16,38 
2,5 

20 
17,19 
18,38 
2,5 

24 
20,75 
22,05 
3 

30 
26,21 
27,73 
3,5 

36 
31,67 
33,4 
4 

42 
37,13 
39,08 
4,5 

48 
42,75 
44,75 
5 

Основные типы резьб  

По назначению различают резьбы крепежные и для винтовых меха
низмов. 
Резьбы крепежные: Метрическая резьба (рис. 1.3) – основная крепежная резьба. Имеет профиль в виде равностороннего треугольника: 
α = 60°, γ = = 30°. Вершины витков и впадин притупляются по прямой 
или дуге, что предохраняет резьбу от повреждений, уменьшает концентрацию напряжений, удовлетворяет нормам техники безопасности. 
Метрическую резьбу изготовляют по стандарту с крупным и мелким 
шагом. Наклон боковой стороны профиля обеспечивает возможность 
создания больших осевых сил, а также самоторможение.  
Дюймовая резьба имеет профиль в виде равнобедренного треугольника с углом при вершине = 55°. Вместо шага задают число 
витков на дюйм (1 дюйм = 25,4 мм).  
Трубная резьба (рис. 1.4а). Профиль – равнобедренный треугольник. 
Резьба имеет закругленные выступы и впадины. Отсутствие радиальных и 

 
9

осевых зазоров делает резьбовое соединение герметичным. Резьба является крепежно-уплотняющей. Применяют для соединения труб. Изготовляют по стандарту. Еще более высокую плотность соединения дает трубная 
коническая резьба. 
Круглая резьба (рис. 1.4б). Профиль резьбы состоит из дуг, сопряженных короткими отрезками прямых линий. Угол профиля 
= 30°. Винты с круглой резьбой характеризуются высоким сопротивлением усталости. Изготовляют по стандарту. Применяют ограниченно при тяжелых условиях эксплуатации в загрязненной среде, а также 
при частых завинчиваниях и отвинчиваниях. 
Резьба винтов для дерева обеспечивает равнопрочность резьбы в 
деталях из разнородных материалов (рис. 1.4в). 

 
Рис. 1.4. Резьбы крепежные 
 
Резьбы винтовых механизмов: Прямоугольная резьба (рис. 
1.5а). Профиль резьбы – квадрат, γ = 0°. Обеспечивает наивысший 
КПД, но неудобна в изготовлении (невозможно нарезать объемным 
инструментом – фрезой). Впадины без закруглений понижают сопротивление усталости винта. При изнашивании появляются осевые зазоры, которые трудно устранить. Не стандартизована. Применяют ограниченно в малонагруженных передачах винт-гайка.  
Трапецеидальная резьба (рис.1.5б). Это основная резьба в передаче винт-гайка. Ее профиль – равнобочная трапеция, угол профиля 
α = 30°, угол наклона боковой стороны профиля γ =15°. Шаг может 
быть крупным, средним и мелким. Характеризуется малыми потерями 
на трение, технологичностью, КПД выше, чем у резьб с треугольным 
профилем. Применяют для передачи реверсивного движения под нагрузкой (ходовые винты станков, прессов, домкратов и т.п.). 

 
10