Детали машин

T E R R A  M E C H A N I C A

Д Е Т А Л И  М А Ш И Н

Допущено 
Учебно-методическим объединением вузов  
по университетскому политехническому образованию 
в качестве учебника для студентов
высших учебных заведений, обучающихся
по направлениям подготовки
150700 «Машиностроение»
и 151000 «Технологические машины  
и оборудование»

Издание 4-е, переработанное и дополненное

Под редакцией О. А. Ряховского 

Москва

УДК 621.81(075.8) 
ББК 34.41 
 Д38 

А в т о р ы: 
Л.А. Андриенко, Б.А. Байков, М.Н. Захаров, С.А. Поляков, 
О.А. Ряховский, В.П. Тибанов, М.В. Фомин 

Рецензенты: 
 
кафедра «Машиноведение и детали машин»  
Московского авиационного института  
(национального исследовательского университета);  
зав. отделом «Трение, износ и смазка. Трибология» ИМАШ РАН 
д-р техн. наук, проф. Ю.Н. Дроздов;  
зав. кафедрой «Колесные машины» МГТУ им. Н.Э. Баумана  
д-р техн. наук, профессор Г.О. Котиев 
 
Детали машин : учебник для вузов / [Л. А. Андриенко,   
Б. А. Байков, М. Н. Захаров и др.] ;  под  ред. О. А. Ряховского. 
— 4-е изд., перераб. и доп. — Москва : Издательство МГТУ  
им. Н. Э. Баумана, 2014. — 465, [7] с. : ил.  
ISBN 978-5-7038-3939-3 
Изложены основы теории, расчета и принципы конструирования деталей и узлов машин общего назначения: разъемных и неразъемных соединений, передач зацеплением и трением, подшипников 
скольжения и качения, валов и муфт приводов. В четвертое издание 
(3-е — в 2007 г.) внесены исправления и дополнения. 
Содержание учебника соответствует программе и курсу лекций, который авторы читают в МГТУ им. Н.Э. Баумана. 
Для студентов технических университетов, обучающихся по 
программам специалиста, магистра, бакалавра. В зависимости от 
программы обучения и направления подготовки студенты могут 
использовать необходимые разделы учебника. Может быть полезен 
аспирантам и преподавателям, а также специалистам в области машиностроения. 

УДК 621.81(075.8) 
ББК 34.41 
  
       Оформление. Издательство  
ISBN 978-5-7038-3939-3        
                   МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014 

Д38 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Четвертое издание (3-е — в 2007 г.) учебника написано в соответствии с программой дисциплины «Основы конструирования 
деталей и узлов машин» для студентов машиностроительных специальностей вузов и охватывает ряд общих вопросов, касающихся 
критериев работоспособности, расчетов и конструирования узлов 
и деталей машин в целом. 
Рассмотрены теория и расчеты разъемных и неразъемных соединений различных типов, передач зацеплением и трением, валов 
и осей, подшипников качения и скольжения, муфт приводов, смазывания, изнашивания, а также смазочных устройств и др. Большое внимание уделено вопросу контактной прочности. 
Дисциплина «Основы конструирования деталей и узлов машин» является необходимой при подготовке конструкторов широкого профиля — создателей новой техники. 
Учебник написан в соответствии с принятой классификацией 
деталей машин (соединения, передачи, валы, опоры, муфты приводов) и отражает современное состояние основ конструирования 
машин и перспективные тенденции. Предназначен для студентов 
технических университетов, обучающихся по программам специалиста, магистра, бакалавра. В зависимости от программы обучения 
и направления подготовки студенты могут исользовать необходимые разделы учебника. 
В обсуждении и написании первого издания настоящего учебника неоценимую помощь авторам оказал их учитель Дмитрий 
Николаевич Решетов. Авторы благодарны Леониду Николаевичу 
Сыроветникову за участие в написании главы «Фрикционные передачи и вариаторы», вошедшей уже в первое издание учебника, а также Олегу Павловичу Леликову и Людмиле Петровне Варламовой за 
тщательный просмотр рукописи третьего издания и ценные замечания по ее улучшению. 
Авторы 4-го издания учебника: Л.А. Андриенко — п. 11.15 и 
11.16, гл. 12; Б.А. Байков — гл. 2, 3, 15; М.Н. Захаров — гл. 4;  
С.А. Поляков — гл. 9; О.А. Ряховский — гл. 1, 10, п. 11.1–11.14, гл. 
13, 14, 16, 19; В.П. Тибанов — гл. 5–8, 16; М.В. Фомин — гл. 17, 18. 

 

Г л а в а  1  
 
ВВЕДЕНИЕ В КУРС «ДЕТАЛИ МАШИН».  
КОНТАКТНАЯ ЗАДАЧА 

1.1. Общие сведения 

Все основные рабочие процессы осуществляются машинами. 
Современные машины значительно повышают производительность 
труда человека и решают задачи, порой непосильные для человека. 
Мощность энергетических машин достигла миллионов киловатт, 
скорость самолетов превысила скорость звука, мощные вычислительные машины способны выполнять сотни миллионов операций в 
секунду, люди могут перемещаться в космическом пространстве, они 
осуществили посадку на Луне и полет на планету Марс. 
Детали машин — это составные части машин*. 
Дисциплина «Основы конструирования деталей и узлов машин» 
охватывает описание условий работы, расчеты и конструирование 
отдельных деталей, их комплексов (узлов, сборочных единиц), объединенных общими сборочными операциями и назначением.  
Конструирование — это творческий процесс создания оптимального варианта машины в документах (главным образом в чертежах) на основе теоретических расчетов, конструкторского, технологического и эксплуатационного опыта.  
Детали машин подразделяют на детали общемашиностроительного применения, составляющие большинство, и специфические — 
для отдельных машин (например, механизм управления крылом самолета, грузозахватные устройства подъемно-транспортных машин). 
В курсе «Детали машин» рассматривают детали первой группы. 
Комплексы деталей машин классифицируют по назначению: 
соединения, передачи, подшипники, муфты, смазочные и уплотнительные устройства, упругие элементы и корпусные детали.  
—————— 
* В узком понимании термина — это детали, изготовляемые без сборочных 
операций. 

1.2. Критерии работоспособности и расчета 

7 

История использования деталей машин начинается с глубокой 
древности. Известно применение пружин в луках для метания 
стрел, лучкового возвратно-вращательного привода — для добывания огня, катков — для перемещения тяжестей. 
Существенная часть простых деталей машин (металлические 
цапфы, примитивные зубчатые колеса, винты, кривошипы, полиспасты) была известна до Архимеда. Эпоха Возрождения в значительной степени была ознаменована работами Леонардо да Винчи. 
Он создал новые механизмы: зубчатые колеса с перекрещивающимися осями, шарнирные цепи, подшипники качения. Уже тогда 
применяли канатные и ременные передачи, грузовые винты, шарнирные муфты. 
Эвольвентное зубчатое зацепление было предложено Л. Эйлером в середине XVIII в., но широкое применение этих зубчатых 
передач началось в конце XVIII в. с освоения эффективного изготовления их методом обкатки. 
Первые патенты на шарикоподшипники были выданы в Англии в 1772 и 1778 гг., но централизованное производство началось в Германии (1883) и в США (1889). 
Важным российским вкладом в создание механических конструкций является разработка дуговой электрической сварки 
Н.Н. Бенардосом (1882) и Н.Г. Славяновым (1888). Существенный 
вклад отечественных ученых в разработку передач зацеплением 
внес М.Л. Новиков (круговинтовые передачи). 

1.2. Критерии работоспособности и расчета,  
точность деталей машин 

Детали машин выходят из строя по различным причинам, которые определяются условиями эксплуатации деталей. Причины 
отказа отдельных деталей передач, соединений и т. п. называют 
критериями работоспособности. Приведем основные критерии 
работоспособности. 
Прочность — способность детали выдерживать приложенные 
нагрузки без разрушения — является обязательным и важнейшим 
критерием работоспособности деталей машин. Рассматривается 
прочность по характеру нагрузок: статическая, усталостная и 
ударная. 
Различают следующие виды нагрузок в машинах: 
1) постоянные нагрузки, действующие в машинах (например, 
силы начальной затяжки винтов, вес деталей, давление жидкости 
или газа в стационарно работающих машинах); 

Глава 1. Введение в курс «Детали машин». Контактная задача 

8 

2) переменные нагрузки с постоянной амплитудой, называемые стационарными переменными нагрузками; 
3) переменные нагрузки с переменной амплитудой, называемые нестационарными переменными нагрузками; 
4) переменные нагрузки со случайными амплитудами, обусловленные природными факторами (порывами ветра, ударами 
волн), случайными колебаниями оснований, неровностями дороги, 
неоднородностями обрабатываемой среды, воздействием рабочих 
процессов, в том числе тяговой силы реактивных летательных аппаратов; 
5) ударные нагрузки в машинах ударного действия или других машинах, возникающие вследствие погрешностей изготовления.  
Предварительные расчеты на прочность обычно выполняют по 
допускаемым номинальным напряжениям. Точные расчеты деталей отражают характер изменения напряжений, концентрацию 
напряжений, влияние размеров, шероховатость и вид упрочнения 
поверхности. 
Жесткость — способность деталей сопротивляться изменению 
формы под действием сил. Жесткость определяется собственными 
упругими деформациями деталей, которые вычисляют по формулам 
сопротивления материалов, и контактными деформациями, рассчитываемыми при начальном контакте деталей по линии или в точке 
по формулам Герца, а при начальном контакте по площади — с помощью экспериментальных данных. 
Износостойкость — способность материала деталей оказывать сопротивление изнашиванию. Износостойкость определяется 
видом трения (скольжения или качения), наличием и видом смазочного материала, режимом трения (жидкостным, полужидкостным, граничным или сухим) и уровнем защиты поверхностей трения от загрязнений. Износостойкость актуальна, так как до 90  
деталей выходят из строя в результате изнашивания. 
Виброустойчивость — сопротивление появлению в машинах 
вредных динамических нагрузок в виде вынужденных колебаний и 
автоколебаний (колебаний, вызываемых ими самими при трении, 
резании и т. п.). 
Теплостойкость — свойство деталей сохранять работоспособность в машинах с большим выделением теплоты в рабочем 
процессе (тепловые и электрические машины, машины для горячей обработки металлов). Теплостойкость ограничивает работоспособность машин в результате понижения прочности материала 

1.4. Стандартизация 

9 

при нагреве, снижения несущей способности масляного слоя в  
парах трения и снижения точности в результате температурных 
деформаций. Например, температурные деформации лопаток турбин могут вызвать выборку зазоров и аварию машины. 
Коррозионная стойкость — способность металлов сопротивляться химическому или электрохимическому разрушению поверхностных слоев и коррозионной усталости. Коррозионная 
стойкость определяется сроком службы машин в коррозионной 
среде. Способы борьбы — специальное легирование материалов 
или нанесение покрытия. 
Точность — способность машин работать в заданных пределах возможных отклонений параметров, например размеров. 
Точность — один из важнейших показателей качества деталей 
машин, влияющий на работоспособность и надежность машин и 
механизмов. Она диктуется требуемой точностью рабочего процесса машины и нормальной работой механизмов. Точность изготовления и сборки машин определяет предельные скорости 
рабочего процесса, например скорость транспорта. 

1.3. Надежность машин 

Надежность — свойство объекта выполнять в течение заданного времени (или заданной наработки) свои функции, сохраняя в заданных пределах эксплуатационные показатели. Надежность изделий 
обусловливается их безотказностью, долговеч-ностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью. 
Роль надежности машин непрерывно возрастает, что связано с 
повышением сложности, напряженности и быстроходности машин, расширением объектов совместной автоматизации (от простого механизма до автоматизированного цеха). 

1.4. Стандартизация 

Стандартизация играет большую роль в развитии человечества. Если бы не было стандартизации, то при проектировании новой 
машины пришлось бы бóльшую часть деталей машин (болты, 
подшипники качения и др.) изготовлять в условиях индивидуального или мелкосерийного производства. Вместо испытаний материалов стандартных марок потребовалось бы гораздо больше испытаний, что осложнило бы кооперацию между предприятиями, 
отраслями и странами. Стандартизация принципиально сокращает 
необходимый типаж машин и других изделий.  

Глава 1. Введение в курс «Детали машин». Контактная задача 

10 

Распространение стандартизации на группы машин потребовало разработки типажа машин с взаимной увязкой их основных 
параметров (в частности, мощности электродвигателей, грузоподъемности грузовых автомобилей и т. п.). 
Широкое развитие стандартизации нашло применение в конструировании оружия. 
Стандарты подразделяют на международные (ИСО), государственные (ГОСТ) и ведомственные. К настоящему времени на 
продукцию общемашиностроительного применения разработаны 
сотни стандартов. 
Принципиальным положением стандартизации являются предпочтительные числа и ряды чисел. Они существенно сокращают 
число оригинальных деталей или их параметров. 
Предпочтительные числа — это ряд чисел геометрической 
прогрессии 
k
k
a
a
   (a — первый член ряда нулевого номера; k — 

порядковый номер) со знаменателем 
10,
n
 
 где n принимает 
значения 5, 10, 20, 40. Соответственно обозначают ряды чисел R5, 
R10, R20, R40 ( = 1,6 1,25 1,12 1,06). 
Агрегатирование в машиностроении — построение машин из 
нормализованных целевых агрегатов, узлов и деталей, связанных в 
единую систему и изготовляемых централизованно. Агрегатирование 
широко распространено в станкостроении, особенно для многошпиндельных сверлильных и расточных станков. 
Сертификация машин  —  проверка и удостоверение их показателей, гарантирующих качество. Обязательная сертификация машин 
проводится в соответствии с требованиями стандартов, которые 
можно проиллюстрировать на примере металлорежущих станков, 
имеющих большое число типов и их модификаций, — это безопасность конструкций, электробезопасность, электромагнитная совместимость, уровень шума и вибрации, содержание вредных веществ в 
воздухе рабочей зоны, эргономические параметры и энергоэффективность. 
Работу по сертификации машин проводят  органы по сертификации. 
Кроме системы сертификации РФ существует международная 
система сертификации, которая проверяет соответствие показателей объектов международным нормам.