Проектирование механических передач

Москва
ИНФРА-М
2022

ПРОЕКТИРОВАНИЕ 
МЕХАНИЧЕСКИХ 
ПЕРЕДАЧ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Под общей редакцией Б.С. Козинцова, М.Б. Козинцовой

Седьмое издание, переработанное и дополненное

Рекомендовано в качестве учебного пособия 
для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по направлениям подготовки 15.03.01 «Машиностроение»,
15.03.02 «Технологические машины и оборудование»,
15.03.05 «Конструкторско-технологическое обеспечение 
машиностроительных производств» 
(квалификация (степень) «бакалавр»)

УДК 621.01/03 (075.8)
ББК 34.445я73
 П79

Проектирование механических передач : учебное пособие / 
С.А. Чернавский, Г.А. Снесарев, Б.С. Козинцов [и др.] ; под 
общ. ред. Б.С. Козинцова, М.Б. Козинцовой. — 7-е изд., перераб. 
и доп. — Москва : ИНФРА-М, 2022. — 536 c. — (Высшее 
образование: Бакалавриат).

ISBN 978-5-16-004470-5 (print)
ISBN 978-5-16-102115-6 (online)

Изложены основы конструирования, методы расчета и проектирования 
приводов машин. Приведены рекомендации по выбору видов передач, а также примеры проектирования приводов с применением САПР.
Седьмое издание переработано с учетом современной технологии, обозначений параметров и единиц измерений в соответствии с новыми стандартами.
Для студентов втузов. Может быть полезно преподавателям при подготовке к проведению занятий.

ББК 34.445я73
УДК 621.01/03 (075.8)

П79

© Коллектив авторов, 2013
ISBN 978-5-16-004470-5 (print)
ISBN 978-5-16-102115-6 (online)

Оригинал-макет подготовлен в НИЦ ИНФРА-М

Подписано в печать 25.07.2014.
Формат 6090/16. Бумага офсетная. Гарнитура Newton. 
Усл. печ. л. 34,0. Уч.-изд. л. 38,15.
ПТ20..

Цена свободная.
ТК 121748-9328-250712

ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М»
127282, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1
Тел.: (495) 280-15-96, 280-33-86. Факс: (495) 280-36-29
E-mail: books@infra-m.ru                http://www.infra-m.ru

А в т о р ы:
С.А. Чернавский, Г.А. Снесарев, Б.С. Козинцов, К.Н. Боков, 
Д.В. Чернилевский, Д.Д. Корж, С.Ф. Мороз, С.Л. Самсонович

Р е д а к т о р ы: 
д-р техн. наук проф. С.А. Чернавский, 
канд. техн. наук, доц. Б.С. Козинцов

ФЗ 
№ 436-ФЗ
Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

ПРЕДИСЛОВИЕ К ШЕСТОМУ ИЗДАНИЮ

Шестое издание учебного пособия дополнено главой «Автоматизированное проектирование деталей машин и механизмов». В ней 
рассмотрено применение современной вычислительной техники 
в процессе проектирования механизмов приводов и их деталей. 
Указана программная продукция, используемая при применении 
системы автоматизированного проектирования (САПР) и конструировании.
Опыт, полученный студентами при выполнении курсового проекта с использованием САПР, может быть применен при выполнении последующих проектов с применением более сложных профессиональных САПР.
Конкретные методики и руководства применения САПР при выполнении проекта по деталям машин разработаны на кафедрах, 
внедривших САПР, в частности на кафедре основ конструирования 
машин (ОКМ) Московского энергетического института (Технического университета).
В седьмом издании дополнен и переработан раздел «Волновые 
передачи», дополнен материал по выбору вида передач, уточнены 
номера ГОСТ. Убран устаревший материал.

ГЛАВА 1
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЕКТИРОВАНИИ 
ДЕТАЛЕЙ МАШИН И МЕХАНИЗМОВ

§ 1.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

В настоящем пособии используются следующие основные понятия, характерные для курса деталей машин.
Изделие — любой предмет или набор предметов производства, 
изготовленные предприятием.
Деталь — изделие, изготовленное из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций, например: винт, гайка, вал, литой корпус.
Сборочная единица — изделие, составные части которого подлежат 
соединению между собой сборочными операциями (свинчиванием, 
сочленением, пайкой, опрессовкой и т.п.).
Узел — сборочная единица, которая может выполнять определенную функцию в изделиях одного назначения только совместно с другими составными частями.
Агрегат — сборочная единица, обладающая полной взаимозаменяемостью, возможностью сборки отдельно от других составных 
частей изделия или изделия в целом и способностью выполнять 
определенную функцию в изделии или самостоятельно.
Машина — устройство, выполняющее механические движения для 
преобразования энергии, материалов и информации с целью облегчения физического и умственного труда человека.
Механизм — система деталей, предназначенных для преобразования одного вида движения в другое. Механизмы, входящие в состав 
машины, делят по функциональному признаку на передаточные; 
исполнительные; механизмы управления, контроля и регулирования; 
механизмы подачи, транспортировки и сортировки. Основные элементы механизма — звенья и кинематические пары.
Звено механизма — одна или несколько жестко соединенных деталей, например вал и зубчатое колесо.
Различают входные и выходные звенья. Входным называют звено, 
которому сообщается движение, преобразуемое механизмом в требуемые движения других звеньев. Выходным называют звено, совершающее движение, для выполнения которого предназначен механизм. Между входным и выходным расположены промежуточные 
звенья.
В каждой паре совместно работающих звеньев в направлении силового потока различают ведущее и ведомое звенья.

Кинематическая пара — соединение двух тел, допускающее их 
относительное движение. По функциональному признаку кинематические пары могут быть вращательными, поступательными, винтовыми и т.д.
Кинематическая цепь — система звеньев, связанных между собой 
кинематическими парами.
Привод — устройство, приводящее в движение машину или механизм; состоит из источника энергии, передаточного механизма и 
аппаратуры управления.

§ 1.2. ТРЕБОВАНИЯ К ИЗДЕЛИЯМ, ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ 
И ПОРЯДОК ПРОЕКТИРОВАНИЯ

При проектировании задача состоит в создании машин, дающих наибольший экономический эффект и обладающих высокими 
технико-экономическими и эксплуатационными показателями.
Основные требования, предъявляемые к проектируемой машине, — надежность, ремонтопригодность, технологичность, минимальные габариты и масса, удобство эксплуатации. В ряде случаев 
машина должна удовлетворять требованиям технической эстетики.
Надежность — свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах н условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения 
и транспортирования.
Ремонтопригодность — свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и поддержанию и восстановлению 
работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов.
В процессе проектирования изделия надо руководствоваться следующими принципами.
1. Исходным документом является техническое задание; отступление от него без согласования с заказчиком недопустимо.
2. В разрабатываемой конструкции все детали и сборочные единицы должны обладать одинаковой степенью соответствия требованиям надежности, точности, жесткости, прочности, художественного конструирования и др.
3. Проектируемое изделие должно иметь рациональную компоновку сборочных единиц, обеспечивающую малые габариты, удобство сборки, регулировки, замены деталей или сборочных единиц 
при ремонте (ремонтопригодность).
4. При создании новых машин необходимо соблюдать конструктивную преемственность и модульный принцип. Конструктивная 

преемственность — это использование при проектировании предшествующего опыта машиностроения данного профиля и смежных 
отраслей, введение в проектируемый агрегат всего полезного, что 
есть в существующих конструкциях машин. Модульный принцип 
(блочность) заключается в компоновке машины из отдельных законченных узлов-блоков, соединяемых между собой.
5. Проектируемая машина должна отвечать требованиям унификации и стандартизации. Унификация — рациональное сокращение 
многообразия видов, типов и типоразмеров изделий одинакового 
функционального назначения. Унификация представляет собой эффективный и экономичный способ создания на базе исходной модели ряда производных машин одинакового назначения, но с различными показателями мощности, производительности и т.д. или 
машин различного назначения, выполняющих качественно другие 
операции, а также рассчитанных на выпуск иной продукции.
Стандартизация — установление и применение единообразия и 
обязательных требований к изделиям и продукции массового производства.
Унификация и стандартизация позволяют организовать серийное 
производство деталей и сборочных единиц на специализированных 
предприятиях, приводят к уменьшению трудоемкости и стоимости 
изготовления, повышению качества, сокращают время конструирования и освоения новых машин.
6. Взаимозаменяемость — свойство деталей и узлов, позволяющее 
заменять их без дополнительной обработки с сохранением всех требований к работе данной машины. Взаимозаменяемостью могут обладать не только отдельные детали, но и сборочные единицы. Так, 
в различных редукторах могут быть взаимозаменяемыми зубчатые 
колеса, валы, подшипники, крышки подшипниковых узлов и др. 
В различных машинах сами редукторы могут быть взаимозаменяемыми.
В процессе проектирования и конструирования машин разрабатывается документация, необходимая для изготовления, монтажа, 
испытания и эксплуатации создаваемой конструкции. При этом к 
проектированию обычно относят разработку общей конструкции 
изделия; конструирование же включает дальнейшую детальную разработку всех вопросов, решение которых необходимо для воплощения принципиальной схемы в реальную конструкцию. Документация, получаемая в результате проектирования и конструирования, 
носит единое наименование — проект.
Правила проектирования и оформления конструкторской документации стандартизованы. ГОСТ 2.103–68 устанавливает стадии 
разработки конструкторской документации на изделия всех отраслей 
промышленности; стандарт предусматривает пять стадий: техниче

ское задание, техническое предложение, эскизный проект, технический проект и разработку рабочей документации. В условиях учебного заведения эти стадии проектирования несколько упрощаются.
После получения технического задания в виде формулировки назначения изделия и технических требований к нему разрабатывается 
техническое предложение, в котором обосновывается предлагаемый 
вариант решения по реализации задания. Для этого необходимо по 
учебным и справочным пособиям рассмотреть и проанализировать 
существующие и возможные варианты конструктивных решений 
заданного изделия.
После одобрения технического предложения начинается разработка эскизного проекта, который включает кинематический расчет 
привода, расчет передач с эскизированием их деталей. Выполненные 
на основании расчетов эскизные чертежи должны содержать принципиальное конструктивное решение, отражающее общее представление об устройстве и принципе работы проектируемого изделия. 
Эскизный проект служит основанием для разработки технического 
проекта.
Расчет изделия следует выполнять одновременно с вычерчиванием 
конструкции, так как многие размеры, необходимые для расчета (расстояния между опорами вала, места приложения нагрузок и т.п.), 
можно определить только из чертежа. В то же время поэтапное вычерчивание конструкции в процессе расчета служит проверкой этого расчета. Неправильный результат расчета обычно проявляется в 
нарушении пропорциональности конструкции.
Первые проектные расчеты на стадии эскизного проектирования 
выполняют, как правило, упрощенными и приближенными. Окончательный расчет проводят в форме проверочного расчета для данной (уже намеченной) конструкции детали. Многие размеры элементов детали при проектировании не рассчитывают, а принимают в 
соответствии с опытом проектирования подобных конструкций, 
обобщенным в ГОСТах и нормативно-справочных документах — 
учебниках, справочниках и пр. Например, при расчете и конструировании вала размеры выступающих концов валов принимают по 
соответствующим стандартам; для зубчатых колес достаточно определить расчетом только диаметр и ширину зубчатого венца, а размеры элементов (обода, диска, ступицы) можно принять по рекомендациям (см. § 14.4).

§ 1.3. ОПТИМИЗАЦИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Проектирование узлов и деталей машин в современных условиях с позиции системного подхода означает не просто создание 
объекта, выполняющего заданную функцию в соответствии со своим 

назначением, а разработку оптимального в конкретном смысле элемента или машины в целом. Под оптимальным решением понимается вариант, имеющий наилучшие значения показателей качества 
(ПК). В виде показателя качества может выступать любой нормированный параметр технической системы, монотонно связанный с 
качеством. Обычно таких показателей качества бывает несколько. 
Наиболее распространенные параметры, определяющие качество 
многих машин, — это КПД и стоимость. Однако качество может 
определяться и такими параметрами, как габариты, масса, металлоемкость и т.д. Причем отношения между ПК часто бывают противоречивыми, т.е. улучшение одного ПК вызывает ухудшение другого. 
Важность конкретного ПК в выборе лучшего решения определяется 
весовым коэффициентом. Задача выбора лучшего решения при нескольких ПК называется параметрической оптимизацией. Простейшим решением такой задачи является поиск минимального значения 
целевой функции fi, заданной в аддитивной форме:

f
k
i
j
j

m

ij
=
⋅

=∑λ

1
,

где i — номер варианта решения; m — количество ПК; λj — весовой 
коэффициент для j-го ПК; kij — численное значение j-го ПК 
i-го варианта решения. Сумма весовых коэффициентов должна 
всегда равняться единице.
Инвариантными этапами проектирования технических систем 
являются следующие стадии: формирование технического задания 
(ТЗ); выбор физического принципа действия (ВФПД); структурный 
синтез (СС); параметрический синтез (ПС) [1]. Для многих технических систем, в том числе и для машин, можно выделить такую очень 
важную и трудоемкую часть ПС, как разработка конструкторской 
документации, необходимой для изготовления объекта проектирования. На всех после ТЗ стадиях проектирования необходимо осуществлять поиск оптимальных решений.
Применительно к типовым решениям в области проектирования 
деталей машин, где ФПД является известным, можно рассматривать 
три стадии оптимизации при разработке машин и механизмов: структурную оптимизацию, параметрическую оптимизацию и конструктивную оптимизацию. Решение любой задачи оптимизации подразумевает следующие этапы:
 
• формирование множества М всех решений, удовлетворяющих 
заданному перечню исходных параметров (например, мощности, 
частоте вращения на входе передаточного механизма, передаточному числу);

 
• усечение этого множества до множества допустимых решений 
(Мд) с учетом заданных условий и ограничений (например, запрет 
к использованию каких-то типов передач, материалов; требование к определенном взаимному расположению входного и выходного валов);
 
• оценка значений ПК для множества Мд;
 
• выделение множества нехудших решений (Мнх);
 
• нахождение оптимального решения Ропт в соответствии с ПК.
Структурная оптимизация заключается в поиске оптимальных 
структурных схем элементов машин (схемы передаточных механизмов, схемы установки подшипников, схемы соединений и т.д.). 
Сложность решения задачи оптимизации на этапе СС связана с отсутствием численных значений многих параметров, связанных с ПК, 
и, следовательно, с отсутствием возможности численного определения целевой функции и ее минимального значения. Первый путь 
решения этой проблемы связан с использованием бинарных матриц 
попарного сравнения вариантов решений с помощью экспертных 
оценок, а второй путь — разработка и использование компьютерных 
программ, позволяющих на основе жестко алгоритмизированных 
расчетов быстро получить численные значения ПК.
Параметрическая оптимизация не вызывает сложностей для решения, если все параметры, определяющие значения ПК, получаются расчетом. К сожалению, применительно к узлам и деталям машин 
это не всегда так. Многие качественные параметры можно получить 
только после конструкторской проработки машины и получения 
чертежей.
Конструктивная оптимизация подразумевает улучшение конструкции конструктивными методами, не учитываемыми в проектировочных расчетах. В качестве примера можно привести такие 
конструктивные методы улучшения деталей машин, как удаление 
металла из малонагруженных зон, введение оребрения, блокировка 
деформаций, применение рациональных с точки зрения прочности 
и жесткости сечений деталей, использование современных конструкционных материалов, например угле- и стеклопластиков.

ГЛАВА 2
КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА

§ 2.1. ВЫБОР ТИПА ПЕРЕДАЧИ

Соединение вала машины с валом электродвигателя напрямую 
возможно лишь в относительно редких случаях, когда частоты вращения этих валов одинаковы, например в приводах центробежных 
насосов, вентиляторов и пр. Если это условие не соблюдается, то для 
привода машины необходима установка повышающей или понижающей передачи.
В большинстве случаев разрабатываются понижающие передачи — от электродвигателя к приводному валу машины, вращающемуся с меньшей скоростью.
Оптимальный тип передачи определяют с учетом ряда факторов: 
эксплуатационных условий, характера изменения нагрузки в процессе работы, заданного срока службы, требования техники безопасности, 
удобства обслуживания и ремонта, стоимости привода и его монтажа.
В зависимости от конкретных условий конструктор, проектирующий механическое приводное устройство, рассматривает варианты 
применения передач различных типов — зубчатых, червячных, ременных, цепных, фрикционных и их целесообразных сочетаний.
Проектирование приводных устройств следует начинать с кинематического расчета. Исходными данными, необходимыми для расчета, могут быть такие показатели: номинальный вращающий момент T на валу приводимой в движение машины; его угловая скорость (или частота вращения n); график изменения нагрузки и 
частоты вращения за определенный период. Для приводов транспортеров нередко указывают вместо частоты вращения приводного 
вала скорость ленты или цепи и соответственно диаметр барабана 
или звездочки, а вместо момента на приводном валу — окружную 
силу F. По этим данным легко определить значения момента и частоты вращения. Далее, задаваясь предварительно частотой вращения 
вала электродвигателя (предпочтительно из ряда синхронных частот 
nс = 1000; 1500; 3000 об/мин), вычисляют значения передаточных 
отношений для нескольких вариантов приводов.
Анализируя полученные значения их, намечают несколько вариантов компоновки привода, включающего механические передачи 
различных типов. Кинематические схемы приводов надо рассматривать как предварительные, подлежащие уточнению в процессе дальнейшего проектирования.
На рис. 2.1 представлен один из примеров кинематической схемы 
привода.