Расчёты механических приводов

Г.А. Клещарева, С.Ю. Решетов, Ю.А. Чирков 
РАСЧЁТЫ МЕХАНИЧЕСКИХ 
ПРИВОДОВ 
Учебное пособие 
2-е издание, исправленное
Москва 
Издательство «ФЛИНТА» 
2023 

УДК 621.83(075.8) 
ББК  34.445я73 
К48 
К48        
Р ец ен з ен т 
профессор, доктор технических наук А.Н. Поляков 
Клещарева Г. А. 
 Расчёты механических приводов : учебное пособие / Г. А. Клещарева, 
С. Ю. Решетов, Ю. А. Чирков. – 2-е изд., испр. − Москва : ФЛИНТА, 
2023. − 106 с. – ISBN 978-5-9765-5352-1. – Текст : электронный. 
Учебное пособие предназначено для выполнения расчетов механических 
приводов в курсовых проектах, работах и других видах самостоятельной 
работы по дисциплинам «Детали машин», «Детали машин и основы 
конструирования», «Основы конструирования», «Машиноведение»,  «Детали 
мехатронных модулей и их конструирование» для обучающихся по 
образовательным программам высшего образования по направлениям 
подготовки 15.03.01 Машиностроение, 15.03.02 Технологические машины и 
оборудование, 15.03.03 Прикладная механика, 15.03.04 Автоматизация 
технологических 
процессов 
и 
производств, 
15.03.05 
Конструкторскотехнологическое обеспечение машиностроительных производств, 15.03.06 
Мехатроника и робототехника. Данное учебное пособие также может быть 
полезно при выполнении отдельных разделов выпускных квалификационных 
работ. 
УДК 621.83(075.8) 
ББК  34.445я73 
ISBN 978-5-9765-5352-1               
 © Клещарева Г.А., Решетов С.Ю., 
       Чирков Ю.А., 2023 
© Издательство «ФЛИНТА», 2023 

Содержание 
 
Введение ....................................................................................................................... 5 
1 
Кинематический расчет механического привода ............................................ 7 
1.1 Описание кинематических схем приводов ..................................................... 7 
1.2 Исходные данные для проектирования приводов ......................................... 11 
1.3 Последовательность кинематического расчета ............................................. 23 
1.4 Общие сведения о приводе (схема 1 (ЭД – ОП – ЗП – М – ЦК)) ................. 25 
1.5 Общие сведения о приводе (схема 2 (ЭД – М – ЗП – ОП – ЛТ)) ................. 26 
1.6 Общие сведения о приводе (схема 2 (ЭД – М – ЗП – ОП – ЦК)) ................. 27 
1.7 Выбор электродвигателя .................................................................................. 28 
1.8 Определение основных кинематических характеристик привода ............... 36 
1.9 Вопросы для самопроверки .............................................................................. 40 
2 
Расчет закрытых цилиндрических эвольвентных передач ........................... 41 
2.1 Общие сведения о цилиндрических эвольвентных передачах ..................... 41 
2.2 Исходные данные для расчета цилиндрических передач ............................. 43 
2.3 Выбор материала зубчатых колес, назначение упрочняющей обработки...44 
2.4 Определение допускаемых напряжений ......................................................... 46 
2.5 Определение размеров зубчатых колес и параметров зацепления .............. 47 
2.6 Проверочные расчеты цилиндрических эвольвентных передач .................. 54 
2.7 Определение сил, действующих в зацеплении цилиндрических 
эвольвентных передачах ........................................................................................... 58 
2.8 Конструирование цилиндрических зубчатых колес ...................................... 59 
2.8.1 Ведущее колесо - шестерня .............................................................................. 59 
2.8.2 Ведомое колесо.................................................................................................. 60 
2.9 Вопросы для самопроверки .............................................................................. 63 
3 
Расчет закрытых конических передач ............................................................ 64 
3.1 Общие сведения о закрытых конических передачах ..................................... 64 

3.2 Исходные данные для расчета конических передач ..................................... 66 
3.3 Выбор материала зубчатых колес, назначение упрочняющей обработки .. 67 
3.4 Определение допускаемых напряжений ......................................................... 68 
3.5 Определение геометрических параметров конического зацепления .......... 69 
3.6 Проверочные расчеты конической передачи ................................................. 72 
3.7 Определение сил, действующих в коническом зацеплении ......................... 77 
3.8 Конструирование конических зубчатых колес .............................................. 78 
3.8.1 Ведущее колесо ................................................................................................. 78 
3.8.2 Ведомое колесо.................................................................................................. 79 
3.9 Вопросы для самопроверки .............................................................................. 81 
4 
Расчет закрытых червячных передач .............................................................. 82 
4.1 Общие сведения о закрытых червячных передачах ...................................... 82 
4.2 Исходные данные .............................................................................................. 84 
4.3 Выбор материала червячной пары и определение допускаемых напряжений
 
………………………………………………………………………………….85 
4.4 Определение геометрических параметров червячного зацепления ............ 88 
4.5 Проверочные расчеты червячной передачи ................................................... 92 
4.6 Определение сил, действующих в зацеплении, и КПД передачи ................ 95 
4.7 Тепловой расчет и охлаждение червячных передач ...................................... 96 
4.8 Конструирование червяка и червячного колеса ............................................ 98 
4.8.1 Ведущее звено – червяк .................................................................................... 98 
4.8.2 Ведомое звено – червячное колесо.................................................................. 99 
4.9 Вопросы для самопроверки…………………………………………………101 
Список использованных источников .................................................................... 103 
 
 
 
 

Введение 
В процессе изучения дисциплин «Детали машин», «Детали машин и основы 
конструирования», 
«Основы 
конструирования», 
«Машиноведение», 
«Детали 
мехатронных 
модулей 
и 
их 
конструирование» 
обучающиеся 
получают 
теоретические знания по расчету и конструированию деталей и узлов общего 
назначения, встречающихся в различных механизмах и машинах. Полученные 
знания закрепляются выполнением курсовых проектов (работ) и расчетнографических заданий, в которых обучающиеся на практике выполняют расчеты и 
конструирование механизмов, чаще всего приводы различных машин, содержащие 
детали и узлы общего назначения. 
Расчет механического привода является неотъемлемой частью расчетов, 
выполняемых обучающимися в процессе работы над курсовыми проектами 
(работами) и расчетно-графическими заданиями. Результаты расчета являются 
исходными 
данными 
для 
дальнейшей 
работы 
при 
проектировании 
и 
конструировании механических приводов. 
В настоящем учебном пособии даны рекомендации, справочный материал и 
примеры расчетов типовых механических приводов машин. 
Условные обозначения величин приняты в соответствии с рекомендациями 
международных стандартов (например, ISO R31) и отечественных государственных 
(ГОСТ Р) и межгосударственных (ГОСТ) стандартов. При этом использована 
международная система (SI) единиц величин, а внесистемная единица частоты 
вращения (об/мин) применяется лишь дополнительно к единице угловой скорости 
(рад/с). 
В учебном пособии приведены также варианты кинематических схем 
приводов машин, которые могут быть использованы в качестве исходных данных к 
курсовым проектам (работам) и расчетно-графическим работам.  
Данное учебное пособие должно способствовать ускорению разработки и 
оформления расчетов, их унификации, а также реализации некоторых компетенций, 
перечисленных ниже.  

Для направлений подготовки 15.03.01 Машиностроение: ПК-5 умением 
учитывать технические и эксплуатационные параметры деталей и узлов изделий 
машиностроения при их проектировании; 15.03.02 Технологические машины и 
оборудование: ОПК-1 способностью к приобретению с большой степенью 
самостоятельности новых знаний с использованием современных образовательных 
и информационных технологий; 15.03.03 Прикладная механика: ОПК-8 умением 
использовать 
нормативные 
документы 
в 
своей 
деятельности; 
15.03.04 
Автоматизация технологических процессов и производств: ПК-19 способностью 
участвовать в работах по моделированию продукции, технологических процессов, 
производств, средств и систем автоматизации, контроля, диагностики, испытаний и 
управления процессами, жизненным циклом продукции и ее качеством с 
использованием современных средств автоматизированного проектирования, по 
разработке алгоритмического и программного обеспечения средств и систем 
автоматизации и управления процессами; 15.03.05 Конструкторско-технологическое 
обеспечение машиностроительных производств: ПК-2 способностью использовать 
методы стандартных испытаний по определению физико-механических свойств и 
технологических показателей материалов и готовых машиностроительных изделий, 
стандартные методы их проектирования, прогрессивные методы эксплуатации 
изделий; 15.03.06 Мехатроника и робототехника: ПК-11 способностью производить 
расчёты и проектирование отдельных устройств и подсистем мехатронных и 
робототехнических систем с использованием стандартных исполнительных и 
управляющих устройств, средств автоматики, измерительной и вычислительной 
техники в соответствии с техническим заданием. 
 
 

1 Кинематический расчет механического привода 
1.1 Описание кинематических схем приводов 
Кинематические схемы механических приводов, как правило, состоят из 
электродвигателя, редуктора (закрытой передачи), открытой передачи, муфт и 
приводного (рабочего) вала рабочего органа машины (при этом, иногда, некоторые 
элементы могут отсутствовать). 
Каждый структурный элемент привода на кинематической схеме имеет свое 
индивидуальное обозначение. 
Для 
рассматриваемых 
приводов 
рекомендуется 
выбирать 
трехфазные 
асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором серии – АИР выполненные по 
ТУ 16−525.564−84 [2], имеющие простую конструкцию, небольшую стоимость и 
достаточно высокую надежность.  
Эти двигатели характеризуются: 
– номинальной мощностью Рэд.ном, кВт; 
– синхронной частотой вращения ротора nс, об/мин; 
– ассинхронной частотой вращения ротора nэд, об/мин; 
– кратностью максимального и номинального вращающих моментов  
Тmax/Тном. 
Синхронная (теоретическая) частота вращения ротора (вала) электродвигателя 
определяется зависимостью: 
𝑛𝑛𝑐𝑐= 60 ∙𝑓𝑓
𝑝𝑝
, 
где f – промышленная частота тока, Гц; 
p – число пар полюсов электродвигателя. 
 
Значения nс в зависимости от числа пар полюсов p при f =50 Гц приведены в 
таблице 1.1. 
 

Таблица 1.1 – Синхронная частота вращения вала электродвигателя nс 
р, число пар полюсов 
1 
2 
3 
4 
5 
6 
nс, об/мин 
3000 
1500 
1000 
750 
600 
500 
 
Как видно из таблицы 1.1, с увеличением числа пар полюсов уменьшается 
частота вращения электродвигателя, но увеличивается его стоимость. 
Поскольку двигатели с большим числом пар полюсов имеют большие 
габариты, то тихоходные электродвигатели (nс менее 750 об/мин) в механических 
приводах применять не рекомендуется. 
В расчетах следует использовать асинхронную (фактическую) частоту 
вращения вала электродвигателя: 
  𝑛𝑛эд = 𝑛𝑛𝑐𝑐· (1 −𝑆𝑆),  
где S − электромагнитное скольжение электродвигателя, от 2 %  до 10 % . 
Тогда фактическая частота вращения вала электродвигателя 𝑛𝑛эд равна: 
𝑛𝑛эд = 𝑛𝑛𝑐𝑐· (0,9 … 0,98). 
Эта величина обычно и указывается в справочных таблицах. 
 
Технические 
характеристики 
трехфазных 
асинхронных 
двигателей 
с 
короткозамкнутым ротором приведены в таблице 1.12, на с. 32. 
Форма исполнения и способ установки электродвигателей серии АИР 
обозначаются следующим образом: 
IМ 1081 − электродвигатели горизонтальные со станиной на лапах; 
IM 2081 − электродвигатели горизонтальные на лапах и с фланцем на щите; 
IМ 3081 − электродвигатели со станиной без лап и с фланцем на щите. 
 
 

Пример условного обозначения трехфазного асинхронного короткозамкнутого 
закрытого обдуваемого двигателя единой серии АИР со станиной на лапах, с 
высотой оси вращения 100 мм, с установочным размером по длине станины L, с 
двумя парами полюсов (четыре полюса), климатического исполнения У, категории 
размещения 3 по ГОСТ 15150-69 [11]. 
Двигатель исполнения IM 1081 АИР100L4У3 ТУ 16−525.564−84. 
Для соединения валов, в приводах используются муфты (рисунок 1.1): 
– упругие компенсирующие, например: 
а) муфты упругие втулочно-пальцевые по ГОСТ 21424-93 [12]; 
б) муфты упругие со звездочкой по ГОСТ Р 50894-96 [13]; 
в) муфты упругие с торообразной оболочкой по ГОСТ Р 50892-96 [14]; 
– жесткие компенсирующие, например: 
а) муфты зубчатые по ГОСТ Р 50895-96 [15]; 
б) муфты цепные по ГОСТ 20742-93 [16]; 
– жесткие (глухие), например: 
а) муфты втулочные по ГОСТ 24246-96 [17]; 
б) муфты фланцевые по ГОСТ 20761-96 [18]. 
а)                            б)                              в)                              г) 
а) без указания типа; б) упругой компенсирующей; 
в) жесткой глухой; г) жесткой компенсирующей. 
Рисунок 1.1 – Обозначение основных типов муфт на кинематических схемах 

Одним из основных узлов привода является редуктор − механизм, состоящий 
из зубчатых или (и) червячных передач (рисунок 1.2), выполненный в виде 
отдельного агрегата и служащий для передачи вращательного движения с 
понижением угловой скорости и с повышением вращающего момента. 
 
Рисунок 1.2 – Внешний вид редукторов и мотор-редукторов 
С типами и конструкцией редукторов, назначением и конструкцией всех их 
деталей, а также с определением основных параметров зацепления следует 
ознакомиться по работам [1 – 4]. Кроме того, с элементами кинематических схем и 
основными правилами оформления этих схем можно ознакомиться по работе [7]. 
В связи с тем, что редукторы предпочтительно имеют стандартные 
передаточные числа, то из конструктивных соображений в приводах часто 
используются 
открытые 
передачи, 
позволяющие 
получить 
требуемое 
(нестандартное) передаточное отношение, а также рационально и удобно 
скомпоновать привод. В приводах машин в основном применяются открытые 
ременные, цепные и зубчатые передачи. С данными передачами, их расчетом и 
назначением деталей можно ознакомиться по работам [4 – 10].