Курсовое проектирование деталей машин

КУРСОВОЕ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
ДЕТАЛЕЙ МАШИН

3-е издание, переработанное и дополненное

Рекомендовано 
Межрегиональным учебно-методическим советом 
профессионального образования в качестве учебного пособия 
для студентов высших учебных заведений, 
обучающихся по укрупненным группам специальностей и направлений 
15.03.00 «Машиностроение», 22.03.00 «Технологии материалов», 
23.03.00 «Техника и технологии наземного транспорта» 
(квалификация (степень) «бакалавр») 
(протокол № 5 от 11.03.2019)

Москва
ИНФРА-М
2020

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

УДК 621.81(075.8)
ББК 34.44я73
 
К93

 
К93  
Курсовое проектирование деталей машин : учебное пособие / С.А. Чернавский, К.Н. Боков, И.М. Чернин [и др.]. — 3-е изд., перераб. и доп. — 
Москва : ИНФРА-М, 2020. — 414 с. — (Высшее образование: Бакалавриат).

ISBN 978-5-16-015281-3
Изложены методы расчета приводов, редукторов, передач (зубчатых, 
червячных, цепных, ременных, планетарных и волновых). Рассмотрены 
основы конструирования деталей редукторов. Даны примеры проектирования редукторов и передач.
Третье издание переработано и дополнено новыми материалами в соответствии с действующими ГОСТами и методами проектирования основных видов механических передач и их деталей.
Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по укрупненным группам направлений 15.03.00 «Машиностроение», 22.03.00 «Технологии материалов», 23.03.00 «Техника и технологии наземного транспорта».

УДК 621.81(075.8)
ББК 34.44я73

А в т о р ы:
Чернавский С.А., Боков К.Н., Чернин И.М., Ицкович Г.М., Козинцов В.С., Самсонович С.Л., Мороз С.Ф.

Р е д а к т о р ы:
Чернавский С.А., доктор технических наук, профессор; 
Козинцов Б.С. (3-е изд.)

Р е ц е н з е н т:
Карп А.В., кандидат технических наук

ISBN 978-5-16-015281-3
© Коллектив авторов, 2019



ПРЕДИСЛОВИЕ

Учебное пособие содержит сведения, необходимые для выполне
ния курсовых проектов по деталям машин.

По сравнению с предыдущим изданием третье издание существен
но переработано и дополнено в связи с введением новых стандартов 
и совершенствованием методов расчета и конструирования механических передач и их деталей. В соответствии с необходимостью 
использования в учебном процессе компьютеров в пособии представлены алгоритмы, которые могут служить основой для разработки 
программ для ЭВМ.

Приложения дополнены новыми справочными сведениями.
Авторы с признательностью примут все замечания и пожелания 

по настоящему изданию.



Глава I                                                                     

 КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА

§ 1.1. НАЗНАЧЕНИЕ ПРИВОДА, ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ 

КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Приводом называют механизм, передающий движение от двигате
ля к технологической машине. Обычно это механизмы, понижающие 
скорость вращения, — редукторы; в редких случаях — повышающие 
ее, — мультипликаторы. Уменьшая скорость вращения, редуктор, 
соответственно, повышает момент вращения. Редуктор представляет 
собой зубчатую или червячную передачу, выполненную в отдельном 
корпусе. Привод может состоять из одного редуктора или из редуктора и какойлибо передачи (ременной или цепной), соединенных 
последовательно.

Начинать выполнять курсовой проект следует с выбора типа 

передачи. Передача должна соответствовать заданным техническим 
условиям и требованиям: величине и характеру нагрузки, сроку службы, условиям эксплуатации и другим, поставленным заказчиком. 
Что главное из них, а что второстепенное — зависит от назначения 
объекта, для которого проектируется привод. Заданные технические 
условия и требования служат основанием выбора типа передачи. 
Например, требование высокого КПД исключает применение червячной передачи; малых габаритов — ременных и цепных.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Задание на курсовой проект выдается студенту консультантом

преподавателем обычно в виде заполненного бланка специальной 
формы и является исходным техническим документом для выполнения курсового проекта.

В общем случае рекомендуется следующий порядок выполнения 

курсового проекта:

А. Кинематический и силовой расчет привода
1. Получить задание на курсовой проект, хорошо разобраться в 

кинематической схеме привода и выяснить, какие виды передач в 
него входят. После разработки схемы привода порядок выполнения 
проекта остается таким же, как указано ниже.

2. Уточнить частоту вращения на последнем ведомом валу про
ектируемого привода. Эта часть работы выполняется в том случае, 



если на последнем ведомом валу даны линейная (окружная) скорость, 
диаметр барабана, звездочка и т.д.

3. Определить требуемую мощность электродвигателя и выбрать 

его. Если электродвигатель дан в задании, то этот пункт отпадает.

4. Определить передаточное число привода в целом и передаточ
ные числа каждой из составляющих передач.

5. Выбрать передаточные числа отдельных ступеней редуктора, 

т.е. установить, какую часть общего передаточного числа будет 
осуществлять в отдельности его быстроходная, промежуточная или 
тихоходная ступень.

Если в составе привода имеются двух или трехступенчатые пере
дачи нередукторного типа (открытые зубчатые, ременные, цепные 
и т.п.), то в данном случае назначают передаточные числа и для 
каждой из ее ступеней.

6. Вычислить частоту вращения и крутящие моменты на каждом 

валу привода.

7. Рассчитать и определить основные размеры деталей передач, 

расположенных в схеме привода до или после редуктора. Если в 
схеме проектируемого привода этих передач нет, то данная стадия 
работы отпадает.

Б. Проектный расчет редуктора
8. Выбрать материалы для изготовления зубчатых колес и червя
ков.

9. Определить величины допускаемых напряжений для зубьев 

зубчатых колес.

10. Рассчитать межосевое расстояние и геометрические размеры 

элементов зацепления каждой из передач редуктора.

11. Провести расчет на контактную прочность активных поверх
ностей зубьев. При этом рассчитанные напряжения не должны 
существенно отличаться от допускаемых. Указанная проверка позволяет найти вычислительную ошибку, допущенную при определении 
межосевого расстояния, если имеется значительное расхождение 
между рассчитанными и допускаемыми напряжениями.

12. Выполнить первую эскизную компоновку редуктора с целью 

сопоставления размеров зубчатых колес отдельных ступеней.

13. Определить ориентировочные размеры диаметров валов.
14. Произвести предварительный выбор подшипников.
15. Выполнить вторую эскизную компоновку редуктора на мил
лиметровке в масштабе 1:1, определить размеры корпуса и длины 
участков валов, выбрать способ крепления валов в опорах («враспор» 
или с фиксированной и плавающей опорами).

16. Определить силы в зацеплении зубчатых передач и реакции 

в опорах валов. Построить эпюры изгибающих и крутящего моментов.



17. Выполнить проверочный расчет подшипников и сделать 

необходимую корректировку в зависимости от требуемого срока 
службы.

18. Подобрать и проверить на прочность шпоночные или шли
цевые соединения (при этом в расчетнопояснительной записке 
необходимо дать эскиз сечения вала со шпонкой или шлицевого 
соединения).

19. Выбрать вид смазки зубчатых передач и подшипников, способ 

ее подачи и конструкцию уплотняющих устройств.

20. Назначить посадки и вычертить в РПЗ поля допусков для 

характерных соединений с использованием таблиц ГОСТ 25347—82 
(посадки колес на валы, подшипников на валы и в корпус и т.п.; 
всего 4—5 посадок).

21. Выполнить уточненный расчет наиболее нагруженного вала 

на выносливость.

22. Рассчитать редуктор на нагрев (только для червячного редук
тора).

23. Вычертить на ватмане общий вид и сборочный чертеж редук
тора и составить спецификацию.

24. Вычертить рабочие чертежи деталей.
25. Произвести расчет и вычертить узел привода (например, фрик
ционная муфта, предохранительная муфта, разгрузочное устройство 
и т.п.).

26. Составить и оформить расчетнопояснительную записку.

§ 1.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТРЕБУЕМОЙ МОЩНОСТИ 

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

В типовых заданиях на курсовое проектирование деталей машин 

указывается кинематическая схема привода к конвейеру, смесителю, 
кормораздатчику и другим устройствам, эксплуатируемым в режиме, 
близком к постоянному. К исходным данным относятся эксплуатационные, загрузочные и энергетические характеристики.

Учащиеся техникума должны рассчитать все элементы привода и 

разработать конструкцию одноступенчатого зубчатого или червячного редуктора и дополнительно одну из гибких передач — ременную 
или цепную.

Первый этап проектирования — анализ кинематической схемы и 

выбор электродвигателя.

На рис. 1.1 показана одна из типовых схем привода к ленточному 

конвейеру: от электродвигателя вращение передается валу барабана 
через ременную передачу, зубчатый одноступенчатый редуктор и 
цепную передачу.



Для определения требуемой 

мощности электродвигателя в 
задании должны быть указаны 
вращающий момент Tр (Н • м) на 
валу барабана и угловая скорость ωр
(рад/с) этого вала или же сила тяги 
F (Н) и скорость v (м/с) ленты.

Искомую мощность P (Вт) 

электродвигателя определяют из 
выражения

P
T
F v
=
=
p
p
ω

η
η ,

где η — коэффициент полезного действия (КПД) привода, равный 
произведению частных КПД передач, входящих в кинематическую 
схему:

η = η1 η2 η3 ... ηk.

Значения КПД передач отдельных типов приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1. Значения КПД механических передач

Передача
КПД

Зубчатая в закрытом корпусе (редуктор): 

цилиндрическими колесами 
коническими колесами 

Зубчатая открытая 
Червячная в закрытом корпусе при числе витков 
(заходов) червяка: 

z1 = 1 
z1 = 2
z1 = 4

0,97–0,98
0,96–0,97
0,95–0,96

0,70–0,75
0,80–0,85
0,85–0,95

Цепная закрытая 
Цепная открытая 
Ременная: 

плоским ремнем 
клиновыми ремнями

0,95–0,97
0,90–0,95

0,96–0,98
0,95–0,97

П р и м е ч а н и е. Потери на трение в опорах каждого вала 
учитываются множителем η0 = 0,99÷0,995.

§ 1.3. ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Мощность электродвигателя, подбираемого для проектируемого 

привода, должна быть не ниже той, которая определена по формуле 
(1.1). Из существующих типов двигателей выбирают преимущест
(1.2)

(1.1)
Рис. 1.1. Кинематическая 
схема привода ленточного 

конвейера



венно асинхронные электродвигатели трехфазного тока единой 
серии 4А.

На рис. 1.2 представлена характеристика асинхронного двигателя 

трехфазного тока, выражающая зависимость частоты вращения n
(об/мин) вала двигателя от величины вращающего момента Т (Н • м). 
По оси абсцисс отложены значения Tном — номинального вращающего момента, Тпуск — пускового или начального вращающего момента, 
развиваемого при пуске двигателя, Тmax — максимального кратковременного момента; по оси ординат отложены значения частот вращения: номинальной nном, критической nкр и синхронной nс, развиваемой 
при отсутствии нагрузки и равной частоте вращения магнитного поля; 
она зависит от частоты тока f и числа пар полюсов р:

n
f

p
c = 60
;

соответствующая угловая скорость, рад/с,

ω
π

c

f

p
= 2
.

При стандартной частоте тока 

f = 50 с–1 и числе пар полюсов p =
= 1÷6 синхронная частота вращения nс будет равна соответственно 
3000; 1500; 1000; 750; 600 и 500 
об/мин. Для приводов, разрабатываемых в курсовых проектах, рекомендуется выбирать двигатели 
с числом полюсов не более восьми, а лучше — не более шести,
т.е. с p ≤ 3 и nc ≥ 1000 об/мин.

При возрастании нагрузки 

частота вращения вала двигателя 
уменьшается вследствие скольжения s, определяемого по формуле

s
n
n

n

c

c

=
− ,

откуда

n = nс (1 – s).

Рис. 1.2. Характеристика асинхронного двигателя трехфаз
ного тока



При пуске двигателя Т = Тпуск (или Тнач), s = 1 и n = 0; при но
минальном режиме Т = Tном s = 0,02÷0,05; nном ≈ (0,98÷0,95) nc; при 
отсутствии нагрузки Т = 0, s = 0; n = nс.

Технические данные асинхронных электродвигателей единой 

серии 4А в закрытом обдуваемом исполнении приведены в таблицах 
приложения.

§ 1.4. ПЕРЕДАТОЧНОЕ ОТНОШЕНИЕ ПРИВОДА

В исходных данных на курсовое проектирование привода указы
вают частоту вращения nр (об/мин) рабочего приводного вала или 
же диаметр D (м) барабана конвейера и скорость v (м/с) ленты; по 
этим данным находят

n
v
D
c = 60

π
,

определяют общее передаточное отношение всего привода i = nном/nр
и намечают ориентировочно значения частных передаточных отношений передач, входящих в привод, так, чтобы произведение их было 
равно общему передаточному отношению: i1 i2 ... iк = i.

Средние значения ii для зубчатых передач равны 2—6, для червяч
ных передач 8—80, цепных 3—6, ременных 2—4.

Уточненные значения передаточных отношений конкретных 

видов передач приведены в гл. III, IV и V.

Пример. Провести кинематический расчет привода, показанного 

на рис. 1.1. Исходные данные: диаметр барабана D = 500 мм; тяговая 
сила F = 4 •103 Н; скорость ленты v = 0,8 м/с.

Требуется подобрать асинхронный электродвигатель трехфазного 

тока, определить передаточное отношение всего привода и частные 
передаточные отношения каждой передачи.

Решение
Принимаем значения КПД по табл. 1.1:
ременной передачи η1 = 0,98;
зубчатой пары η2 = 0,98;
цепной передачи η3 = 0,96;
коэффициент, учитывающий потери на трение в опорах трех 

валов ηо

3 = 0,993.

КПД всего привода η = η1 η2 η3 ηо

3 = 0,98 • 0,98 • 0,96 • 0,993 = 

= 0,89. Требуемая мощность электродвигателя по формуле (1.1)

P
F v
=
=
⋅
⋅
=
⋅
η

4 10
0 8

0 89
3 6 10

3

3
,

,
,
.
Вт

Частота вращения вала барабана

n
v
D
p
об / мин
=
=
⋅
⋅
=
60
60 0 8
3 14 0 5
30 5
π

,

,
,
,
.

По данным табл. П1 приложения подходят электродвигатели 

четырех марок: 4А100S2УЗ: Р = 4 кВт, nс = 3000 об/мин, s = 3,3%; 
4А100L4УЗ: Р = 4 кВт, nс = 1500 об/мин, s = 4,7%; 4А112МВ6УЗ: 
Р = 4 кВт, nс = 1000 об/мин, s = 5,1%; 4А132S8УЗ: Р = 4 кВт, nс = 
= 750 об/мин, s = 4,1%.

При выборе первого из указанных двигателей с nс = 3000 об/мин 

возникнут затруднения в реализации большого передаточного числа 
порядка 100; двигатель с nс = 750 об/мин имеет большие габариты и 
массу; предпочтительнее двигатели с nс = 1500 и 1000 об/мин.

Номинальные частоты вращения валов этих двигателей будут 

соответственно:

а) nном = nс (1 – s) = 1500(1 – 0,047) = 1430 об/мин;
б) nном =1000(1 – 0,051) = 949 об/мин.
Передаточное отношение привода в случае варианта «а»

i
n
n
=
=
≈
ном

р

1430
30 5
47
,
;

для варианта «б»

i =
≈
949
30 5
311
,
, .

Разбивка общего передаточного отношения привода допускает 

много решений. Например, для варианта «а» можно принять

i1 = 2,5; i2 = 5; i3 = 3,8; i = 2,5•5•3,8 = 47,5;

для варианта «б»

i1 = 2; i2 = 4; i3 = 3,9; i = 2•4•3,9 = 31,2.

Намеченные передаточные отношения в дальнейшем уточняются 

в соответствии с указаниями, приведенными в гл. III, IV и V, причем 
отклонение от расчетного передаточного отношения привода не 
должно превышать ±3%.