Зубчатые передачи и трансмиссии в Беларуси

УДК 621.833

Зубчатые передачи и трансмиссии в Беларуси: проектирование, технология, 

оценка свойств / В. Б. Альгин [и др.] ; под общ. ред. В. Б. Альгина, В. Е. Старжинского. – Минск : Беларуская навука, 2017. – 406 с. – ISBN 978-985-08-2119-5.

Монография представляет собой впервые издаваемую своеобразную энциклопедию по 
наукоемким разработкам в области зубчатых передач и трансмиссий в Беларуси. В ней сочетаются исторически значимые сведения, касающиеся научных приоритетов отечественных специалистов, и современные достижения. Монография интегрирует и в определенной степени 
заменяет многие книги, статьи, нормативные документы по рассматриваемой тематике. Более 
подробная информация может быть почерпнута из приведенных многочисленных литературных источников. Материал монографии охватывает ключевые наукоемкие вопросы расчета, 
проектирования, технологии и оценки наиболее важных свойств (ресурс, шум, виброактивность) зубчатых передач, в том числе обычных и планетарных, изготовленных из стали и полимерных материалов, а также приводов в целом. Описаны основные результаты белорусских 
научных школ в области разработки трансмиссионных узлов оригинальных типов, многие их 
которых признаны изобретениями. Приведена информация об участии белорусских специалистов в деятельности Международной федерации по содействию развитию науки о механизмах и машинах IFToMM.
Предназначена для специалистов по механическим приводам, а также для аспирантов, 
магистрантов и студентов высших технических учебных заведений. 
Табл. 75. Ил. 215. Библиогр.: 482 назв.

А в т о р ы :

В. Б. Альгин, В. Е. Антонюк, В. Л. Басинюк, А. М. Гоман, П. Н. Громыко,  
А. М. Даньков, А. В. Драган, Н. Н. Ишин, М. М. Кане, А. Т. Кудинов, М. Е. Лустенков,  
Е. И. Мардосевич, А. Е. Науменко, С. П. Руденко, А. И. Свириденок, А. С. Скороходов,  
В. Е. Старжинский, С. Н. Хатетовский, С. В. Шилько

Р е ц е н з е н т ы :

доктор технических наук, профессор А. Т. Скойбеда
доктор технических наук, профессор В. А. Довгяло

ISBN 978-985-08-2119-5
© Объединенный институт машиностроения  
     НАН Беларуси, 2017
© Институт механики металлополимерных систем  
     им. В. А. Белого НАН Беларуси, 2017
© Оформление. РУП «Издательский дом
    «Беларуская навука», 2017

ПРЕДИСЛОВИЕ

Монография посвящена ключевым вопросам проектирования, производ-
ства, диагностики, испытаний зубчатых передач и трансмиссий, включает 
исторически значимые сведения. Подготовлена авторским коллективом из ведущих специалистов признанных белорусских научных школ в этой важной 
научно-технической сфере. 
Представленные в монографии подходы, положения и методики во многом 
используются при создании отечественной техники и представляют научную 
основу для ее совершенствования. Вопросы обеспечения ресурса и безотказной работы зубчатых передач в течение всего жизненного цикла машины 
были и остаются актуальными. Особого внимания заслуживают планетарные 
передачи, которые требуют высокой технической культуры при разработке  
и изготовлении. Непрерывно ужесточаются мировые требования к уровням 
шума и вибраций машин, которые во многом зависят от качества зубчатых 
передач. 
Мировая и отечественная практика показывает, что производители сложных и высокомощных технических изделий («Катерпиллер», «Комацу»,  
БелАЗ, МЗКТ, МТЗ и др.), в составе которых используются зубчатые передачи, предпочитают изготавливать их собственными силами, накапливая опыт 
проектирования и изготовления сравнительно неширокой номенклатуры передач. Вместе с тем специализированным производством зубчатых колес занимаются сотни фирм в США, Японии, других промышленно развитых странах, в нашей республике. Объем продукции, связанной с зубчатыми колесами, 
исчисляется десятками миллиардов долларов США, значительная доля этой 
продукции поставляется на экспорт. 
Материалы монографии могут найти дальнейшее применение на пред- 
приятиях, выпускающих конечную машиностроительную продукцию, а также специализирующихся на производстве зубчатых колес, в том числе при 
создании в стране эффективного специализированного производства по зубообработке, даже с учетом того, что современное оборудование обеспечивает 
многие операции по изготовлению зубчатых колес и их контролю в автоматизированном или автоматическом режимах.
Помимо распространенных типов трансмиссий, основанных на зубчатых 
передачах, в монографии рассмотрены нетрадиционные передачи, которые 

могут быть использованы в известных и перспективных областях техники, 
создании ее оригинальных компонентов. 
При изучении разделов, касающихся точности зубчатых колес, следует 

учитывать, что в 2016 г. издана монография «Зубчатые передачи: нормативнометодическое обеспечение точности зубчатых передач на этапе проектирования» (В. Е. Антонюк [и др.]. – Минск : Беларуская навука, 2016. – 251 с.), 
в которой показаны особенности и отличия в терминологии и методах обеспечения качества зубчатых передач в соответствии с наиболее широко используемым в СНГ стандартом ГОСТ 1643-81 «Основные нормы взаимозаменяемости. Передачи зубчатые цилиндрические. Допуски» и его зарубежными 
аналогами ISO 1328, DIN 3961, ANSI/AGMA 2015. 
В 2016 г. подготовлен и в настоящее время проходит обсуждение в заинтересованных странах, в том числе в Республике Беларусь, проект межгосударственного стандарта ГОСТ 1643-… (ISO 1328-1_2013, ISO 1328-2_1997) «Основные нормы взаимозаменяемости. Передачи зубчатые цилиндрические. 
Допуски». Проект стандарта разработан с целью введения требований международных стандартов ISO 1328-1_2013, ISO 1328-2_1997. Необходимость разработки такого стандарта обусловлена тем, что действующий в настоящее 
время в качестве межгосударственного стандарта ГОСТ 1643-81 несовместим 
с указанными стандартами, и это приводит к невозможности гарантированного и качественного использования зарубежной измерительной и обрабатывающей техники. Принятие указанного стандарта позволит решить многие вопросы, 
затрагиваемые в упомянутой выше монографии. Следует напомнить, что действие ГОСТов и других нормативных документов (кроме технических регламентов, касающихся безопасности) носит рекомендательный характер. Разработчик (изготовитель) вправе использовать любой прогрессивный опыт для 
производства высококачественных зубчатых передач. 
Упомянутые источники могут рассматриваться в качестве дополнения  
к представляемой коллективной монографии, которая состоит из пяти частей.
Часть 1 «История и современность» включает главы 1 и 2.
Глава 1 «История и современное состояние белорусской научной школы 
расчета и проектирования трансмиссий мобильных машин» (автор Альгин В. Б.) 
состоит из двух подглав. В первой рассматриваются основные научные идеи  
и результаты развития белорусской школы в начальный период (1960–1985 гг.), 
которые во многом носили пионерский характер. В области теории транспортных и тяговых машин это построение механических моделей, динамических схем и сигнальных графов трансмиссий, учета реактивных связей, формирование электронных моделей динамики машины без составления дифференциальных уравнений ее движения. Введено понятие вариации нагрузочных 
режимов. Для использования в практических расчетах разработан способ ее 
представления кривой распределения коэффициентов пробега. Приведены 
сведения о первых разработанных в СССР нормативных документах по расчету машиностроительных компонентов. Описаны вопросы анализа, синтеза, 

проектирования и испытания трансмиссий, в том числе оригинальные решения, защищенные авторскими свидетельствами СССР. Представлены подходы 
к оценке надежности трансмиссии и ее весовому проектированию. 
Во второй подглаве освещается современный этап, связанный с разработкой ресурсной механики машин (РММ), объединяющей динамическое и прочностное направления механики. Показано, что схематизацию механического 
объекта при анализе его динамики следует проводить на основе концепции 
регулярной механической системы. Вариация условий эксплуатации и действий оператора является наиболее общим представлением в методиках расчета варьируемых внешних факторов, что особенно важно для мобильных машин. Приведены основные положения методологии и методов расчета реальной надежности машин, основанные на принципе зависимого поведения 
элементов в нагруженной механической системе. Кратко рассмотрены общие 
вопросы синтеза схем трансмиссий на основе структурных фрагментов и генетического алгоритма. Даны сведения о перспективных инновационных 
проектах, основанных на положениях и результатах РММ, и новых задачах. 
Глава 2 «Металлополимерные зубчатые передачи: этапы становления  
и развития» (авторы Старжинский В. Е., Свириденок А. И., Кудинов А. Т., 
Шилько С. В.) посвящена ретроспективному анализу становления и развития 
теории и практики металлополимерных зубчатых передач. Отмечены основные направления исследований и разработок в области эвольвентных зубчатых передач и передач с зацеплением Новикова; особенности геометрического 
и прочностного расчета; новые решения по оптимизации кинематических 
схем и компоновки силовых редукторов и приборных механизмов; результаты 
экспериментального исследования несущей способности и практического использования металлополимерных зубчатых передач.
Часть 2 «Обеспечение качества зубчатых передач при проектировании  
и изготовлении» включает главы 3–6.
Глава 3 «Расчет напряженно-деформированного состояния и износостойкости зубчатых колес из дисперсно-наполненных полимерных материалов» (автор Шилько С. В.) посвящена расчету параметров, определяющих 
прочность и износостойкость зубчатых передач из полимерных композитов. 
Описан двухуровневый метод расчета зубчатых колес, охватывающий микро- 
и макромеханические представления свойств их материалов и компонентов. 
Дана расчетная оценка повышения ресурса металлополимерной зубчатой передачи в результате одновременного повышения изгибной прочности и снижения скорости изнашивания зубьев при введении в матрицу из полиамида 
коротких волокон из стекла и углерода.
В главе 4 «Особенности проектирования и оценки нагруженности зубчатых колес планетарных передач» (автор Антонюк В. Е.) показано, что использование классических методик оценки нагруженности зубчатых колес, предполагающих сохранение неизменным положения их осей, может давать существенные ошибки в оценке нагруженности планетарных передач. Отмеченная 

проблема приобретает особую актуальность для крупногабаритных планетарных передач с модулем зубьев до 12 мм и диаметром коронных шестерен 
до 1000 мм; назначения технических требований и норм точности для ответственных зубчатых передач, а также при эксплуатации зарубежного зубо- 
обрабатывающего оборудования. В этих случаях необходимо дополнительно использовать нормы точности и требования стандартов системы DIN. 
Рассмотрены факторы, определяющие несущую способность планетарных 
передач: точность базирования и смещения зубчатых колес в планетарной 
передаче. 
Глава 5 «Обеспечение сопротивления усталости поверхностно-упрочненных зубчатых колес» (автор Руденко С. П.) содержит требования к материалам 
зубчатых колес трансмиссий и анализ факторов, определяющих работоспособность высоконапряженных зубчатых колес. Рассмотрены структурные характеристики упрочненных слоев и их связь с сопротивлением изгибной  
и контактной усталости. Представлены методики расчета зубчатых колес 
трансмиссий на глубинную контактную усталость и выбора марки стали по 
критерию прокаливаемости цементованных слоев и сердцевины зубьев; рассматриваются вопросы технологии химико-термической обработки, обеспечивающей регламентированное качество структуры и требуемую долговечность зубчатых колес.
Глава 6 «Технологическое обеспечение качества высоконагруженных цилиндрических зубчатых колес» (автор Кане М. М.) содержит экспериментально установленные связи показателей точности зубьев цилиндрических зубчатых колес с показателями точности базовых поверхностей заготовок при зубонарезании и шевинговании, а также показателей точности и параметров 
качества поверхностей зубьев с режимами зубофрезерования червячной фрезой. Установлены особенности изменения параметров точности и качества поверхностей зубьев и базовых поверхностей зубчатых колес на основных операциях их обработки.  

Часть 3 «Вибродиагностика, контроль, испытания зубчатых передач» вклю
чает главы 7–10.
Глава 7 «Мониторинг качества, технического состояния и остаточного 
ресурса зубчатых передач и трансмиссий мобильных машин на стадиях их 
изготовления, сборки и эксплуатации» (авторы Ишин Н. Н., Гоман А. М., Скороходов А. С.) охватывает вопросы ударного взаимодействия прямозубых зубчатых колес применительно к задачам вибродиагностики. С использованием 
разработанных моделей и методик решены задачи вибродиагностики технического состояния зубчатых передач мобильных машин, включая практическую реализацию контроля качества приводных механизмов на стадии производства и создания бортовой системы диагностирования зубчатых передач 
большегрузной карьерной техники. Рассмотрены вопросы оценки остаточного ресурса зубчатых передач на основе анализа внутренней динамической нагруженности и ее связи с виброимпульсами. Указаны перспективные направле

ния развития вибродиагностики применительно к трансмиссионным узлам мобильных машин. 
В главе 8 «Оценка качества зубчатых передач на основе анализа кинематической погрешности» (автор Драган А. В.) рассматриваются параметры кинематической погрешности зубчатых передач как источника информации  
о техническом состоянии и плавности работы зубчатой передачи. Для контроля качества предлагаются новые показатели плавности работы зубчатых передач по данным кинематического контроля, основанные на определении скорости удара зубьев, возникающей вследствие геометрических и параметрических 
погрешностей эвольвентных профилей. Показана взаимосвязь предлагаемых 
показателей плавности с возникающими при работе передачи вибрациями. 
Глава 9 «Контроль и испытания зубчатых колес при производстве» (автор 
Антонюк В. Е.) содержит сведения о современных тенденциях использования 
поэлементного и комплексного контроля зубчатых колес. Дана информация 
об отечественных и зарубежных средствах для лабораторного и производственного контроля зубчатых колес.  Особое внимание уделено анализу причин и путей снижения шума зубчатых передач. Приведены технические характеристики и особенности использования стендового оборудования для испытаний зубчатых передач.
В главе 10 «Вибрации, шум и смазка зубчатых передач» (авторы Баси- 

нюк В. Л., Мардосевич Е. И.) отмечается, что триботехнические условия взаимодействия рабочих поверхностей зубьев оказывают непосредственное, а при 
экстремальных нагрузочных и скоростных режимах функционирования – определяющее влияние на ресурс зубчатой передачи и генерируемый ею шум.
Часть 4 «Нестандартные типы приводов» включает главы 11–13. 
Глава 11 «Передачи с промежуточными телами качения» (автор Лустенков М. Е.) освещает вопросы проектирования механических передач, в которых взаимодействие звеньев (втулок и дисков с беговыми дорожками, кулачков, зубчатых колес и др.) осуществляется посредством цепочки тел качения. 
Приведены основные этапы развития Могилевской научной школы исследователей. Рассмотрены принцип работы и конструкции, проведена классификация передач с промежуточными телами качения. Приведена методика расчета передач с составными элементами качения.
Глава 12 «Проектирование, компьютерное моделирование и внедрение 

прецессионных передач» (авторы Громыко П. Н., Хатетовский С. Н.) содержит 
элементы теоретического анализа, компьютерное моделирование, технические характеристики и примеры практического применения прецессионных 
передач. 
В главе 13 «Планетарные передачи с плавно регулируемым передаточным 
отношением» (авторы Даньков А. М., Науменко А. Е.) рассматриваются вопросы конструирования плавно регулируемых передач.
Часть 5 «Беларусь и IFToMM» включает главу 14 «Международная федерация по содействию развитию науки о механизмах и машинах IFToMM  

и участие белорусских ученых в ее деятельности» (авторы Альгин В. Б., Старжинский В. Е.), содержит информацию о создании и развитии IFToMM, перечень публикаций с описанием участия белорусских ученых в ее работе, а также сведения о деятельности постоянной комиссии IFToMM РС А «Стандартизация терминологии», включая идентификацию видов повреждений зубчатых 
колес и составление многоязычного словаря-справочника по зубчатым передачам. 
Материалы глав, исключая чисто исторические и информационные фрагменты, построены следующим образом: введение в рассматриваемые проблемные ситуации, характерные примеры, краткое описание разработок авторов, их принципиальные особенности, новизна. Каждая глава сопровождается 
заключение и списком использованной литературы. Это позволяет составить 
общее представление о полученных результатах. Более подробная информация при необходимости может быть найдена по ссылкам на работы авторов.
Монография фактически является своеобразной энциклопедией, отра- 
жающей наработки белорусских специалистов в области зубчатых передач  
и трансмиссий. Впервые комплексно представлены разнообразные по подходам вопросы расчета, проектирования, технологии и оценки свойств механических приводов современной техники, во многом определяющих ее качество 
и инновационный потенциал.

Глава 1

ИСТОРИЯ И СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ  
БЕЛОРУССКОЙ НАУЧНОЙ ШКОЛЫ РАСЧЕТА  
И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТРАНСМИССИЙ МОБИЛЬНЫХ МАШИН 

Памяти члена-корреспондента АН БССР
Игоря Сергеевича Цитовича (1917–1985) посвящается 

Многоступенчатые трансмиссии мобильных машин содержат разнообразные компоненты (зубчатые колеса, подшипники, валы, фрикционные элементы, шлицевые соединения и т. д.), которые имеют различные условия и виды 
нагружения, повреждения и предельные состояния. Для корректного определения нагрузок при расчете трансмиссии необходимо рассматривать динамическую модель мобильной машины со многими агрегатами, взаимодействующими с трансмиссией. При переходных процессах (трогание, переключение 
передач, торможение с участием трансмиссии) возможны изменения направления потоков мощности, проходящих через механизмы трансмиссии, возникновение динамических нагрузок, которые значительно превышают квазистатический уровень. 
Условия эксплуатации мобильных машин и действия водителя существенно изменяются от машины к машине, что приводит к вариации показателей 
нагруженности трансмиссии и дополнительному рассеянию ресурсов ее компонентов. Кроме того, трансмиссионные узлы отличаются большим разно- 
образием технических решений. Из-за этого трансмиссия мобильной машины 
относится к наиболее мелодически сложным для расчета и проектирования 
изделиям. Методы ее расчета и проектирования имеют общемашиностроительное значение и применение, особенно в части динамических расчетов  
и расчетов надежности многоэлементных нагруженных систем с переменной 
структурой.
В главе рассматриваются исторически значимые результаты белорусской 
школы расчета и проектирования трансмиссий мобильных машин на начальном этапе, а также развитие этих результатов на современном этапе (с середины 1980-х годов) в рамках ресурсной механики машин. 

1.1. Начальный период (1960–1985 гг.)

Начальный период охватывает зарождение белорусской школы расчета  
и проектирования трансмиссий мобильных машин, родоначальником которой 
является член-корреспондент АН БССР И. С. Цитович (1917–1985), и активный этап деятельности, когда И. С. Цитович принимал непосредственное участие в исследованиях.