Детали машин и основы взаимозаменяемости

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ 
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 

Федеральное государственное бюджетное 
образовательное учреждение 
высшего профессионального образования 
«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 
СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» 

В.Н. Мещерин, В.И. Скель 

Детали машин 
и основы взаимозаменяемости 

Учебное пособие 

Москва 2017 

2-е издание (электронное)

УДК 621.81 
ББК 34.44 

М56 

Рецензенты: 

заслуженный конструктор РСФСР, кандидат технических наук, 
действительный член АПК РФ Ю.И. Гудков, 
директор ВКТИ «Монтажстроймеханизация»; 

кандидат технических наук М.А. Степанов, 
заведующий кафедрой механического оборудования, 
деталей машин и технологии металлов ФГБОУ ВПО «МГСУ» 

Мещерин, В.Н. 

 Детали машин и основы взаимозаменяемости [Электронный ресурс]: 
учебное пособие / В. Н. Мещерин, В. И. Скель ; М-во образования и науки 
Рос. Федерации, Моск. гос. строит. ун-т. — 2-е изд. (эл.). — Электрон. 
текстовые дан. (1 файл pdf : 121 с.). — М. : Издательство МИСИ–МГСУ, 
2017. — Систем. требования: Adobe Reader XI либо Adobe Digital Editions 4.5 ; экран 10".

ISBN 978-5-7264-1622-9 

Изложены основы курса «Детали машин и основы взаимозаменяемости» в 
объеме подготовки бакалавров. Описано устройство и приведено назначение деталей 
и узлов, применяемых в средствах механизации строительства и производства строительных материалов, изделий и конструкций. Рассмотрены основы проектирования и обеспечения взаимозаменяемости деталей и узлов на базе стандартов Единой системы допусков и посадок и других стандартов, устанавливающих допуски 
и посадки различных сопряжений. 

Для студентов, обучающихся по направлению 08.03.01 «Строительство». 
Может быть полезным и для студентов-механиков по подъемно-транспортным, 
строительным, дорожным машинам и оборудованию.

М56 

Деривативное электронное издание на основе печатного издания: Детали 
машин и основы взаимозаменяемости : учебное пособие / В. Н. Мещерин, 
В. И. Скель ; М-во образования и науки Рос. Федерации, Моск. гос. строит. ун-т. 
— М. : Издательство МИСИ—МГСУ, 2014. — 120 с. — ISBN 978-5-7264-0857-6.

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации.

УДК 621.81
ББК 34.44 

ISBN 978-5-7264-1622-9
©  Национальный исследовательский 

Московский государственный 
строительный университет, 2014

ПРЕДИСЛОВИЕ

Цель учебного пособия — объяснить студентам, обучающимся по программе бакалавриата, устройство и основы проектирования соединений, 
механических передач, валов и осей, подшипников, упругих элементов, 
муфт приводов. 
Все эти детали, узлы и механизмы широко применяются в средствах механизации строительства и оборудования строительной индустрии. Знания, 
получаемые в результате освоения изложенного в пособии материала, будут 
являться теоретической базой для выполнения расчетно-графической работы и курсового проекта по деталям машин, которые предусмотрены программой подготовки бакалавров по профилям 270800.62. 
При разработке рабочих чертежей деталей и сборочных чертежей, предусмотренных в этом курсовом проекте, потребуются знания в области обеспечения взаимозаменяемости деталей машин. В образовательную программу 
подготовки бакалавров-механиков по направлению 270800 «Строительство» 
не включена отдельная дисциплина по основам взаимозаменяемости. Поэтому 
пособие содержит основные сведения как по допускам и посадкам для гладких поверхностей и соединений, так и по нормам точности резьбовых, шпоночных и шлицевых соединений, зубчатых передач, подшипников качения. 

ВВЕДЕНИЕ

Строительство неразрывно связано с использованием большой группы 
машин, механического оборудования и механизмов. Бакалавр-инженер должен иметь представление о назначении, принципах работы и функциональных параметрах этих машин, оборудования в целом и его основных, наиболее типичных частей — узлов и деталей. 
Детали машин — это их составные части, изготовленные без применения сборочных операций (например, болт, ось, шкив и т.п.). С помощью 
различного типа соединений из деталей собираются узлы — конструктивно 
обособленные единицы обычно определенного назначения (муфты приводов, редукторы и т.п.). 
В курсах деталей машин изучают детали общего применения, которые 
присутствуют в большинстве машин и механизмов, в отличие от деталей 
специального применения, изучаемых в специальных курсах. Представление об изучаемых деталях машин дает их классификация: 
 соединения — служат для объединения деталей машин в разъемное
или неразъемное изделие; 
 механические передачи – предназначены для передачи движения с одного вала на другой с заданным передаточным отношением; 
 валы и оси — служат для поддержания вращающихся деталей, а валы —
ещё и для передачи крутящего момента; 
 опорные устройства (подшипники, направляющие) — применяются для
передачи нагрузок от подвижных деталей на опору, которая может быть как 
подвижной, так и неподвижной; 
 муфты — используются для передачи крутящего момента между валами или между валом и установленной на нем деталью; 
 упругие элементы — служат для виброизоляции, аккумулирования энергии, возврата деталей в исходное положение и т.д.; 
 корпусные детали — предназначены для обеспечения правильного взаимного положения деталей и узлов машин и передачи нагрузок от машины 
на фундамент (в данном учебном пособии корпусные детали не рассматриваются). 

Машины и механизмы будут надежно выполнять заданные функции, если 
обеспечены работоспособность и надежность деталей и узлов, из которых 
они собраны. Для этого необходимо выполнение ряда условий — критериев. 
К основным критериям работоспособности относятся: прочность, жесткость, 
износостойкость. К числу важных критериев можно также отнести теплостойкость и виброустойчивость. Расчеты по одному или нескольким критериям 
являются основанием для конструирования деталей и узлов, т.е. определения необходимых размеров, формы поверхности, материала и т.п. Точность 
изготовления этих деталей (уровень взаимозаменяемости), наряду с критериями работоспособности, определяет показатели качества продукции. 
В расчетах и проектировании используются методы, освоенные студентами в процессе изучения курсов сопротивления материалов, теоретической механики, технологии металлов, теории механизмов и машин. 

1. ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ. 
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

1.1. Виды взаимозаменяемости 

Взаимозаменяемость — свойство независимо изготовленных с заданной 
точностью деталей (сборочных единиц) обеспечивать возможность беспригоночной сборки или замены при ремонте деталей в сборочные единицы, а 
последних — в механизмы и машины при соблюдении предъявляемых к 
механизмам и машинам технических требований. Благодаря взаимозаменяемости обеспечивается стабильный уровень качества изделий, организация поточного производства, возможность широкой специализации и кооперирования предприятий, упрощается ремонт. 
Виды взаимозаменяемости: 
 полная (не всегда технологически возможна или экономически целесообразна, т.е. её применение должно быть обосновано); 
 неполная, когда для обеспечения заданной точности допускаются селективная сборка (групповой подбор), применение компенсаторов, регулирование, пригонка и т.п.; 
 внешняя (по присоединительным размерам, эксплуатационным и функциональным характеристикам обычно покупных изделий); 
 внутренняя (сборочная единица, агрегат может обладать полной внешней и неполной внутренней взаимозаменяемостью); 
 параметрическая (функциональная, эксплуатационная), т.е. взаимозаменяемость по эксплуатационным показателям; если установлена функциональная или стохастическая связь между допусками на основные эксплуатационные характеристики и на погрешности деталей и узлов, то можно 
наиболее обоснованно назначать допуски на эти погрешности. 

1.2. Отклонения геометрических 
параметров деталей 

Различают номинальные и действительные, реальные поверхности (профили). Они различаются из-за погрешностей изготовления и изменений в 
процессе эксплуатации. 

Геометрические параметры оценивают количественно с помощью размеров между поверхностями или между поверхностью и базой. База — это 
поверхность (сочетание поверхностей), ось, точка, принадлежащая изделию 
и используемая для базирования при нахождении размера или отклонения. 
При этом используют термин «вал» не только для охватываемых цилиндрических, но и плоских поверхностей, а термин «отверстие» — для таких же 
охватывающих поверхностей. Размеры валов обозначают строчными буквами, а отверстий — прописными. 

1.3. Понятие о размерах, отклонениях, 
допусках и посадках 

Размер — числовое значение линейной величины в выбранных единицах измерения. 
Различают номинальные, действительные (но не истинные) и предельные размеры. Последних два: 
 наибольший предельный размер 
max
d
 или 
max
D
; 

 наименьший предельный размер 
min
d
 или 
min
D
 (рис. 1). 
Между ними должен находиться или им может быть равен действительный размер годной поверхности. Иногда используют термины «предел максимума материала» (или «проходной предел») для 
max
d
 и 
min
D
 и «предел 
минимума материала» (или «непроходной предел») для 
min
d
 и 
max
D
. 
Номинальные размеры — это те, которые получаются расчетом на прочность, жесткость и т.д. и относительно которых определяются предельные 
размеры и отсчитываются отклонения размера (для сопряженных размеров 
он общий и для отверстия, и для вала). 
Действительный размер — это размер, установленный измерением с допустимой погрешностью измерения. 

 

Рис. 1. Предельные размеры 

Действительные отклонения (Δd, ΔD) — алгебраическая разность между действительным и номинальным размерами. Предельные отклонения — 
алгебраическая разность между предельным и номинальным размерами. Их 
два: верхнее (es, ES) и нижнее (ei, EI). 
Действительную точность характеризует действительное отклонение, а 
нормируемую — допуск Т  (от франц. Tolerance) или IT  (международный 
стандартный допуск ИСО). Допуск есть разность между наибольшим и 
наименьшим предельными размерами или алгебраическая разность между 
верхним и нижним предельными отклонениями, т.е. он всегда положительный. А предельные отклонения могут быть положительными, отрицательными и равными нулю. Их указывают на чертежах рядом с номинальным 
размером (мм), со своим знаком (нуль не пишется). Например: 
0,20
0,15
40

, 

0,12
0,24
35

, 
0,25
55
, 120
0,10

, 
0,10
45
. 

Для наглядности используют изображение допуска в виде поля (рис. 2), 
соответственно расположенного относительно нулевой линии, условно 
представляющей положение профиля номинальной поверхности (номинальный размер). Место расположения поля допуска определяет основное 
отклонение, т.е. то из двух предельных отклонений, которое ближе к нулевой линии. Высоту поля определяет величина допуска. Величины предельных отклонений на этом условном изображении проставляют в мкм со своим знаком. Если основное отклонение равно нулю, а само поле допуска 
расположено «в теле» детали, то поле тоже называют основным. 
Детали, которые образуют соединение «отверстия» с «валом», называются сопрягаемыми, также как и поверхности, по которым это соединение 
образуется. Остальные поверхности — несопрягаемые (свободные). 
Посадка определяет характер образуемого соединения. В зависимости 
от разности размеров D и d до сборки различают три вида посадок: с зазором 
0
S
D
d



, с натягом 
0
N
d
D



 и переходные , при которых 
может получиться как натяг, так и зазор. 

 

Рис. 2. Поля допусков 

Различают наибольший, наименьший и средний натяг или зазор: 

 
max
max
min
N
d
D


, 
min
min
max
N
d
D


, 
 
max
max
min
S
D
d


, 
min
min
max
S
D
d


 

 


max
min
0,5
m
N
N
N


, 


max
min
0,5
m
S
S
S


. 

Очевидно, что допуск посадки любого характера равен сумме допусков 
отверстия и вала: 

 
max
min
max
min
min
max
(
)
TN
N
N
d
D
d
D
Td
TD








, 

аналогично 

 
max
min
TS
S
S
Td
TD




; 

для переходной посадки 

 
max
max
max
min
max
min
(
)
(
)
T NS
N
S
d
D
D
d
Td
TD








. 

Нередко пользуются вероятностными значениями этих характеристик, 
полагая, что d  и D  — случайные величины, которые подчиняются известному закону их распределения (обычно нормальному). 

1.4. Единая система допусков и посадок (ЕСДП) 

Это совокупность рядов допусков и посадок, закономерно построенных 
на основе опыта, теоретических и экспериментальных исследований и оформленных в виде стандарта. ЕСДП основана на стандартах и рекомендациях 
ISO, т.е. обеспечивает выход на мировой рынок. 
Базовые зависимости в ЕСДП, как правило, зависят от диапазона, в котором располагается номинальный размер. Диапазонов 5: менее 1 мм, от 1 
до 500 мм, свыше 500 до 3150 мм, свыше 3150 до 10.000 мм, свыше 10.000 
до 40.000 мм. 
Ниже рассматриваются закономерности, относящиеся к наиболее широко 
используемому диапазону от 1 до 500 мм. Он разбит на 13 основных интервалов (часть которых имеет еще и промежуточные интервалы) так, чтобы 
значения допусков, подсчитанные по крайним и среднему размерам в каждом интервале, отличались не более, чем на 5–8 %. 
Величина допуска зависит от назначаемого уровня точности и номинального размера. Номинальный размер определяет единицу допуска (мкм) 

3
0,45
0,001
i
D
D


, где 
min
max
и
и
D
D
D


, 
min
и
D
 и 
max
и
D
 — границы 

интервала, в который входит номинальный размер (мм). Уровень точности 
определяет выбранный квалитет (термин, аналогичный по смыслу «степени 

точности», «классу точности»). В ЕСДП предусмотрено 20 квалитетов, причем 
квалитеты точнее 5-го для сопрягаемых поверхностей используются редко, 
а точнее 12-го — не рекомендуются для свободных поверхностей. 
Для квалитетов с 5-го по 18-й величина допуска определяется по формуле 
(с последующим округлением, правило которого установлено стандартом) 
IT
a i

 . Для квалитетов 5-го, 6-го, 7-го, 8-го и т.д. 
7,10,16, 25
a 
 и т.д., 
т.е. увеличивается последовательно в 1,6 раза (ряд R5). 
В ЕСДП основные отклонения обозначаются буквами латинского алфавита: большими для отверстий (А, В, С и т.д.) и малыми для валов (а, 
b, c и т.д.) — по 26 букв и их сочетаний (не используются I, i, L, ℓ, О, о, 
W, w) — рис. 3. 

 
Рис. 3. Основные отклонения