Проектирование и расчёт механических передач

 
 
 
 
 
 
 
А. А. Митюрев, О. В. Дорогов 
 
 
 
 
 
 
 
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЁТ 
МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва     Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024 
 
1 
 

УДК 621.81:681.3.1 
ББК 34.4232.81  
М66 
     Тверской государственный технический университет, 2024
 
Рецензенты: 
заведующий кафедрой технологических машин и оборудования 
Тверского государственного технического университета, 
лауреат Премии Правительства РФ в области науки и техники, 
доктор технических наук, профессор Зюзин Б. Ф.;  
начальник отдела расчётов и надёжности АО «Центральное 
конструкторское бюро транспортного машиностроения», 
кандидат технических наук, доцент Щелин В. В. 
 
 
 
 
 
 
Митюрев, А. А. 
М66   
Проектирование и расчёт механических передач : учебное пособие / 
А. А. Митюрев, О. В. Дорогов. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 
2024. - 416 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-1626-9 
 
В доступной форме с использованием примеров излагаются методы 
расчёта и проектирования механических передач общемашиностроительного применения: зубчатых, червячных, ремённых и цепных.  
Для студентов, изучающих дисциплину «Детали машин и основы конструирования» при самостоятельной работе над курсовыми проектами. 
 
УДК 621.81:681.3.1 
ББК 34.4232.81  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-1626-9 
 
 
2 
 

 
ГЛАВА 1 
 
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАСЧЁТА 
МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ 
 
1.1. Введение 
 
В классическом понимании основное назначение машин заключается в повышении производительности и облегчении физического и умственного труда 
человека. Поэтому машины условно можно разделить: на энергетические, в которых электрическая, тепловая и т. п. энергии преобразуются в механическую 
работу и наоборот (электро- и тепловые двигатели, химические и ядерные реакторы и др.); на технологические, в которых в рабочем процессе изменяются положение, форма и свойства объектов труда (транспортные, грузоподъёмные, горнодобывающие и др. машины, роботы-манипуляторы, металлорежущее, ткацкое, швейное и др. оборудование) и информационные, в которых поступающая 
информация хранится и используется для управления, регулирования и контроля 
производственными технологическими и нетехнологическими процессами 
(средства измерения, управления и вычислительной техники, коммуникационное оборудование, средства связи и др.). 
В настоящем учебном пособии мы будем рассматривать типовые вопросы 
проектирования и расчёта основных видов механических передач для технологических и, отчасти, энергетических машин. 
В этих случаях при анализе и синтезе машин объектом изучения (исследования) является машинный агрегат. В общем виде его можно представить, как 
механическую систему, состоящую из трёх основных частей: машины-двигателя, передаточного механизма и рабочей машины (или исполнительного 
механизма) (рис. 1.1). Часто в состав машинного агрегата может входить система управления. 
 
 
 
Рис. 1.1. Составные части машинного агрегата 
 
В машине-двигателе какой-либо вид энергии преобразуется в механическую энергию, необходимую для приведения в движение рабочей машины. 
3 
 

Например, в электродвигателе электрическая энергия преобразуется в механическую, в двигателе внутреннего сгорания тепловая энергия от сгорания топлива 
преобразуется в механическую энергию. 
Рабочая машина служит для выполнения работы, связанной с трудовой 
деятельностью человека или выполнением техпроцесса. 
Работа - физическая величина, характеризующая преобразование энергии 
из одной формы в другую. 
Элементарная работа силы выражается  
dA = F ā ds ā cosĮ или dA = T dij,  
(1.1) 
где F - сила, Н; ds - элементарная величина перемещения точки приложения 
силы, м; Į - угол между векторами силы и скорости; T - момент силы, Нڄм; dij - 
элементарный угол поворота. Работа измеряется в джоулях, Дж = ͘м. 
 
Полная работа выражается  
A = œdA = œF cosĮ ds или A = œT dij.  
(1.2) 
Мощность - это энергетическая характеристика, равная отношению работы к интервалу времени её совершения. Её можно выразить как 
P = F ā ȣ ā cosĮ или P = T ā Ȧ,  
(1.3) 
где ȣ – скорость движения точки приложения силы; Ȧ - угловая скорость звена, 
к которому приложен момент силы. Размерность мощности - Вт = Дж / c;  
1000 Вт = 1 кВт (киловатт), 1 кВт = 1,36 л.с.  
 
Рабочая машина во многих случаях может приводиться в движение электромеханическим приводом (рис. 1.2 - 1.11). 
Электромеханический привод включает в себя электрический двигатель (как самый простой и дешёвый, а поэтому наиболее целесообразный источник движения) и передаточный механизм, через который энергия и крутящий 
момент передаётся на вал исполнительного механизма. 
Передаточный механизм служит также для преобразования движения: 
изменения вида и характера движения, направления, скорости и ускорения движения и др. 
Передаточный механизм может представлять собой совокупность механических передач (например, зубчатой - цилиндрических двухступенчатой  
(рис. 1.2, 1.11) или планетарной (рис. 1.3) и др.; червячной - с верхним (рис. 1.4) 
или нижним (рис. 1.5) расположением червяка и др.; ремённой - плоскоремённой 
(рис. 1.6), клиноремённой (рис. 1.7, 1.10, б, 1.11), зубчаторемённой (рис. 1.8, 1.9), 
поликлиновой (рис. 1.10, а); цепной - приводных однорядной (рис. 1.5)  
или двухрядной (рис. 1.11) и др.), которые принято разделять на закрытые и 
открытые.  
 
4 
 

 
 
Рис. 1.2. Привод механизма подъёма груза башенного крана  
с двумя двухступенчатыми цилиндрическими редукторами 
 
 
 
Рис. 1.3. Привод сита для просеивания песка 
с планетарным редуктором 
5 
 

 
 
Рис. 1.4. Привод ленточного конвейера с червячным редуктором 
 
 
 
Рис. 1.5. Привод дробилки с червячным редуктором 
и приводной однорядной цепной передачей 
6 
 

 
 
Рис. 1.6. Привод компрессора 
с плоскоремённой передачей 
 
 
 
Рис. 1.7. Привод сверлильного станка 
с клиноремённой передачей 
7 
 

 
 
Рис. 1.8. Привод 3D-принтера с зубчаторемённой передачей 
 
 
 
Рис. 1.9. Привод швейной машины 
с зубчаторемённой передачей 
8 
 

  
  
 
  
а  
б 
Рис. 1.10. Приводы стиральных машин  
с поликлиновой (а) и клиноремённой (б) передачей 
 
 
 
Рис. 1.11. Привод ленточного транспортёра 
с клиноремённой передачей, двухступенчатым цилиндрическим 
редуктором и приводной двухрядной цепной передачей 
 
Закрытые передачи входят в состав редукторов. К таким передачам относятся зубчатые (см. гл. 3 и рис. 1.2, 1.3, 1.11) и червячные (см. гл. 4 и рис. 1.4, 
1.5). 
В качестве открытых передач выступают ремённые (см. гл. 5 и рис. 1.6 - 
1.11), цепные (см. гл. 6 и рис. 1.5, 1.11), иногда зубчатые. 
9 
 

Габариты механического привода во многом зависят от габаритов механических передач, составляющих его структуру.  
Расчёты механических передач непосредственно связаны с расчётами валов, на которых они располагаются, и их опор. Геометрические параметры ступиц зубчатых колёс, шкивов, звёздочек зависят от величин их посадочных диаметров, которые определяются при проектном расчёте валов. Результаты силовых расчётов передач используются при проверочных расчётах валов и опор. 
Таким образом, проектирование механических передач является одним из 
узловых вопросов проектирования механических приводов.  
Структура любой передачи включает в себя ведущий и ведомый элементы. 
Параметры ведущего элемента передачи обозначаются индексом 1, а параметры 
ведомого элемента - индексом 2.  
Основными параметрами механических передач являются:  
а) мощности на валах передачи P1, P2; 
б) частоты вращения валов передачи n1, n2; 
в) крутящие моменты на валах передачи Т1, Т2; 
г) передаточное число передачи u; 
д) коэффициент полезного действия (КПД) передачи Ș;  
е) суммарный ресурс работы передачи LhȈ. 
Числовые значения этих параметров определяются при выполнении кинематического, силового и энергетического расчётов привода (см. гл. 2).  
 
 
1.2. Передаточные механизмы 
 
1.2.1. Особенности устройства и применения 
передаточных механизмов 
Основными функциями передаточных механизмов являются: 
1) передача и преобразование вида движения (вращательного в поступа- 
тельное (см. рис. 1.12, 3.11) и наоборот (см. рис. 1.19)); 
2) изменение и регулирование скорости движения; 
3) распределение потоков мощности между различными исполнительными 
органами данной машины (рис. 1.13); 
4) пуск, останов и реверсирование движения. 
Эти функции должны выполняться безотказно с заданными степенью точности и производительностью в течение определенного промежутка времени. 
При этом механизм должен иметь минимальные габаритные размеры, быть экономичным и безопасным в эксплуатации. 
В ряде случаев к передаточным механизмам могут быть предъявлены и 
другие требования: надёжная работа в сильно загрязненной или агрессивной 
среде, при очень высоких или очень низких температурах и т. д. Выполнение 
всех этих требований представляет собой сложную задачу и требует от проекти10