Конструирование деталей общего назначения

Министерство образования и науки Российской Федерации
Уральский федеральный университет
имени первого Президента России Б. Н. Ельцина

Л. В. Мальцев
С. В. Парышев

КОНСТРУИРОВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ
ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ

Учебное пособие

Рекомендовано методическим советом
Уральского федерального университета
для студентов вуза, обучающихся
по направлениям подготовки:
14.05.02 — Атомные станции: проектирование, 
эксплуатация и инжиниринг;
13.03.02 — Электроэнергетика и электротехника;
13.03.01 — Теплоэнергетика и теплотехника

Екатеринбург
Издательство Уральского университета
2017

УДК 62-11(075.8)
ББК 34.42я73
          М21

Рецензенты:
кафедра «Тракторы и автомобили» Уральского государственного аграр-
ного университета (завкафедрой канд. техн. наук, доц. Л. А. Новопашин);
канд. техн. наук, проф. Э. А. Бубнов (Уральский государственный архи-
тектурно-художественный университет)

Научный редактор — канд. техн. наук, доц. С. В. Бутаков

 
Мальцев, Л. В.
М21   Конструирование деталей общего назначения: учебное посо-
бие / Л. В. Мальцев, С. В. Парышев. — Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 
2017. — 120 с.

ISBN 978-5-7996-2168-1

Учебное пособие соответствует программам курсов «Прикладная механика», 
«Механика», «Детали машин и основы конструирования», включает необходимые 
теоретические сведения и расчетные зависимости, используемые при конструи-
ровании деталей общего назначения, выполнении курсового проекта, а также при 
подготовке к сдаче зачетов и экзаменов.
Учебное пособие предназначено для студентов технологических специально-
стей как очной формы обучения, так и заочной.

Библиогр.: 5 назв. Табл. 37. Рис. 60.

УДК 62-11(075.8)
ББК 34.42я73

ISBN 978-5-7996-2168-1 
© Уральский федеральный 
 
     университет, 2017

Оглавление

Введение ...................................................................................... 5

1. Эскизная компоновка одноступенчатого редуктора ................. 7

1.1. Методика конструирования валов ................................... 7
1.2. Последовательность выполнения эскиза ...................... 10
1.3. Конструктивная проработка валов ................................ 15

2. Расчет валов ........................................................................... 19

2.1. Определение нагрузки на валы...................................... 19
2.2. Построение расчетных схем и эпюр  
изгибающих и крутящих моментов и нормальных сил ...... 22
2.3. Расчет вала на усталость ................................................ 25

3. Конструирование зубчатых колес ........................................... 26

4. Установка зубчатых колес на валу ......................................... 32

5. Конструирование подшипниковых узлов ................................ 37

5.1. Установка подшипников ............................................... 37
5.2. Конструирование подшипниковых крышек и выбор 
        уплотнений .................................................................... 40
5.3. Вычерчивание подшипников ........................................ 48
5.4. Посадки подшипников .................................................. 48

6. Конструирование корпусных деталей ..................................... 51

6.1. Штифтовые соединения ................................................ 56
6.2. Конструктивные элементы, связанные с системой 
        смазки редуктора ........................................................... 57
6.3. Конструирование смотрового люка .............................. 59
6.4. Конструктивные элементы, связанные с системой 
        контроля уровня смазки редуктора ............................... 61

Оглавление

7. Смазывание редуктора ........................................................... 64

8. Сборочный чертеж редуктора ................................................. 67

9. Выполнение рабочих чертежей деталей ................................. 72

9.1. Обозначение шероховатости ......................................... 73
9.2. Технические требования ............................................... 75
9.3. Особенности чертежа зубчатого колеса ........................ 76

10. Дополнительные материалы для самостоятельной
       работы студентов ................................................................. 81
10.1. Оформление пояснительной записки ........................ 81
10.2. Содержание и типовые задания .................................. 87
10.3. График выполнения .................................................... 96
10.4. Порядок защиты и критерии оценивания ................. 97
10.5. Вопросы для подготовки к защите ............................. 97

Библиографический список ....................................................104

Приложение .............................................................................105

Введение

О

бщие методы расчета и конструирования изучаются на примере 
деталей и сборочных единиц (узлов) общего назначения, т. е. 
таких, которые применяются практически во всех машинах.
К деталям и узлам общего назначения относятся:
Ё передаточные механизмы, предназначенные для преобразования 
движения при передаче его от двигателя к исполнительному механизму 
машины;
Ё детали и узлы для поддержания вращательного движения (валы 
и оси, подшипники, муфты);
Ё детали соединений (резьбовых, сварных, шпоночных, шлицевых, 
посадкой с натягом);
Ё упругие элементы конструкций (пружины, рессоры);
Ё корпусные детали и крышки и т. п.
Овладев знаниями и навыками по расчету и конструированию 
на примере деталей общего назначения, будущий специалист может 
применить их при создании конструкций специального назначения: 
валков прокатных станов, лопаток турбин, сепараторов и т. д.
Проектирование нового технического объекта включает расчеты 
и конструирование.
Работоспособность конструкции определяется соответствием ряду 
критериев, основными из которых являются прочность, жесткость, из-
носостойкость, теплостойкость и виброустойчивость.
Расчет по критериям работоспособности во многом сводится к использованию 
готовых формул и зависимостей. Трудности у студента 
начинаются, когда возникает необходимость самостоятельного решения 
конструкторской задачи. При этом студент должен не только 
выбрать вариант типовой конструкции, но и обосновать свой выбор.
Рекомендации по конструированию деталей и сборочных единиц, 
приведенные в учебниках, справочниках и атласах конструкций, предназначены 
в основном для будущих конструкторов.

Введение

Настоящее пособие предназначено для облегчения процесса освоения 
основ конструирования студентами, обучающимися по программам 
бакалавриата и специалитета немашиностроительных направлений 
и профилей.
Наиболее подходящим объектом для обучения основам расчета 
и конструирования является электромеханический привод какой-либо 
технологической машины, состоящей из электродвигателя и механической 
передачи вращательного движения, включающей понижающую 
зубчатую передачу (редуктор) и передачу с гибкой связью 
(ременную или цепную).
Выбор такого объекта определяется тем, что, во-первых, большинство 
современных машин имеет аналогичный привод и, во-вторых, редуктор 
включает зубчатую передачу, валы, подшипники и корпусные 
детали. Для передачи вращения от двигателя к редуктору или от редуктора 
к валу исполнительного механизма служат приводные муфты. 
Перед тем как приступить к проектированию привода технологической 
машины, студент должен изучить вопросы конструирования 
многих деталей общего назначения.
Дополнительные материалы по оформлению курсового проекта, 
предусмотренного программой обучения, и заданий для самостоятельной 
работы приведены в гл. 10.
В качестве примера рассмотрим одноступенчатый цилиндрический 
редуктор.

1. Эскизная компоновка  
одноступенчатого редуктора

1.1. Методика конструирования валов

П

осле выполнения расчетов передач и предварительного расчета 
валов, в результате которого определяются диаметры валов 
из условия прочности на кручение по пониженным допускаемым 
напряжениям, необходимо выполнить предварительную 
конструкторскую проработку с целью определения расстояний между 
сечениями валов, в которых приложена нагрузка. Знание этих расстояний 
необходимо для расчета валов на усталость.
Так как валы из условия сборки и необходимости фиксации посаженных 
на них деталей в осевом направлении имеют ступенчатую форму, 
целесообразно определить размеры ступеней уже на этом этапе работы.

1

1

45°
1

1

2

3

2

3

4

4

5

5

6

7

45°
2

Рис. 1.1

Типовые конструкции тихоходного и быстроходного валов представлены 
на рис. 1.1 и 1.2. Валы имеют по 7 ступеней с размерами 

1. Эскизная компоновка одноступенчатого редуктора 

di и ℓi. На все номинальные размеры, как определенные расчетом, 
так и принимаемые конструктивно, распространяются требования 
ГОСТ 6636–80 «Нормальные линейные размеры». Диаметр первой 
ступени d1 определен предварительным расчетом. При этом необходимо 
учитывать, что он не только должен соответствовать ряду Ra40 
ГОСТ 6636–80, но и быть согласованным с диаметром вала двигателя 
в том случае, если вал соединяется муфтой с валом двигателя. Отличие 
в этом случае не должно превышать ±20 %, т. е.

 
d1 = (0,8…1,2)dд,

где dд — диаметр вала двигателя.
Диаметр участка вала, контактирующего с уплотнением, предварительно 
рекомендуемся принимать равным

 
d2 = d1 + 2 · t1,

где t — размер заплечика.

1

1

45°
1

1

2

3

2

3

45°
2

7

6

4

1

1

Рис. 1.2

Размеры заплечиков ti определяются из условия надежной осевой 
фиксации посаженной на вал детали (зубчатого колеса, полумуфты, 
шкива, звездочки и т. п.) и могут быть определены из табл. 1.1. Окончательно 
диаметр d2 принимается по размеру уплотнения.

Таблица 1.1
Рекомендуемый размер заплечика

Диаметр вала, мм
25–30
32–40
42–50
52–60
62–70
71–85
Размер заплечика, мм
2,2
2,5
2,8
3,0
3,3
3,5

1.1. Методика конструирования валов

Предварительно диаметр d3 определяется как

 
d3 = d2 + 2 · t2.

Окончательно размер d3 выбирается по размеру внутреннего кольца 
подшипника. Возможен вариант конструкции вала, при котором 
номинальные размеры d2 и d3 равны между собой, а различие действительных 
размеров достигается назначением различных допусков. Рекомендуется 
для диаметра d2 назначать поле допуска, соответствующее 
посадке с зазором (например, d9), для диаметра d3 — переходной 
посадке (k6 или m6).
Диаметр участка вала, на который посажено зубчатое колесо, определяется 
как
 
d4 = d3 +2 · t3.

Размер d4 должен соответствовать ряду Ra40 ГОСТ 6636–80.
Диаметр буртика, предназначенного для осевой фиксации зубчатого 
колеса d5, рекомендуется определять из соотношения

 
d5 = (1,07…1,10)d4.

Диаметр d6 ступени вала, обеспечивающей осевую 
фиксацию подшипника, кроме того, должен 
позволять при демонтаже подшипника прикладывать 
силу к его внутреннему кольцу (рис. 1.3). Этот 
диаметр для каждого размера подшипника указан 
в каталоге.
Диаметр d7 (под второй подшипник) равен диаметру 
d3.

Размеры ступеней вала в осевом направлении 
ℓi определяются в основном при дальнейшем конструировании 
с учетом размеров корпусных деталей, 
способа смазки подшипников, прочности соединений 
типа вал–ступица и т. п.
Относительно некоторых из них можно привести 
общие рекомендации. Длина выходного участка вала ℓ1 определяется 
размерами детали, посаженной на вал (полумуфты, шкива, звездочки 
и т. п.). Ориентировочно можно принять

 
ℓ1 = (1,5…2,0)d1

Рис. 1.3

1. Эскизная компоновка одноступенчатого редуктора 

и уточнить по прочности шпоночного соединения. В случае использования 
на первом участке муфты длина ℓ1 выбирается по длине полумуфты.

Размер участка вала под посадку зубчатого колеса ℓ4 должен быть 
на 2…3 мм меньше длины ступицы зубчатого колеса, но при этом 
не меньше ширины венца зубчатого колеса, т. е.

 
ℓ4 = ℓст — (2…3) ≥bw2,

где ℓст — длина ступицы зубчатого колеса; bw2 — ширина венца зубчатого 
колеса.
Размер буртика ℓ5 рекомендуется определять как

 
ℓ5 = 0,1d4.

Часто при конструировании быстроходных валов редукторов является 
целесообразным изготовление шестерни за одно целое с валом. 
Ориентировочно можно считать экономически оправданным применение 
вала–шестерни, если

 
df1 < d4 + 7m,

где m — модуль шестерни, df1 — диаметр окружности впадин шестерни. 
Эскиз вала–шестерни показан на рис. 1.2. Размеры ступеней определяются 
аналогично описанному выше.

1.2. Последовательность выполнения эскиза

Эскизную компоновку предпочтительно выполнять на миллиметровой 
бумаге или на компьютере в графическом пакете в масштабе 1 : 1. 
Вначале проводят оси валов на межосевом расстоянии аw друг от друга 
(см. рис. 1.4). Зубчатые колеса на этом этапе можно изобразить в виде 
проекций начальных цилиндров с размерами: шестерня dw1 и bw1, колесо 
зубчатое dw2 и bw2. Положение внутренней стенки корпуса редуктора 
определяется наименьшим расстоянием между подвижными деталями 
и корпусом. На рис. 1.4 это расстояние a от торца начального 
цилиндра шестерни до внутренней стенки корпуса, которое можно 
принять a = 5m.

1.2. Последовательность выполнения эскиза

Рис. 1.4

T3

T

T

3

1

1

2

2