Основы проектирования

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное 

государственное бюджетное образовательное учреждение высшего 

профессионального образования «Воронежская государственная лесотехническая 

академия»

Г.Н. Вахнина  В.В. Стасюк  Р.Г. Боровиков  Н.А. Бородин П.Н. Щеблыкин  

В.В. Ткачев  И.Н. Журавлев

ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Учебное пособие

Воронеж 2013

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное 

государственное бюджетное образовательное учреждение высшего 

профессионального образования «Воронежская государственная лесотехническая 

академия»

Г.Н. Вахнина
В.В. Стасюк
Р.Г. Боровиков
Н.А. Бородин

П.Н. Щеблыкин
В.В. ТкачевИ.Н. Журавлев

ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Учебное пособие

Воронеж 2013

УДК 621.81.001.24

О75

Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ 
ВПО «ВГЛТА» (протокол № 1 от 20 сентября 2013 г.)

Рецензенты: кафедра электротехники и автоматики ФГБОУ ВПО

Воронежский ГАУ;
д-р техн. наук, проф. Е.В. Кондрашова

О75
Основы проектирования [Текст] : учебное пособие / Г. Н. Вахнина,

В. В. Стасюк, Р. Г. Боровиков, Н. А. Бородин, П. Н. Щеблыкин, В. В. Ткачев, 
И. Н. Журавлев ; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». –
Воронеж, 2013. – 149 с.

ISBN 978-5-7994-0600-4 (в обл.)

Учебное пособие соответствует учебной программе дисциплины «Основы 

проектирования». Основной уклон освоения курса направлен на углубленное изучение 
геометрических параметров и конструктивных особенностей деталей и сборочных единиц
машин. 
Богатый 
иллюстративный 
материал 
способствует 
формированию 

проектировочного мышления.

Учебное пособие предназначено для студентов по направлению подготовки 151000 

– Технологические машины и оборудование.

УДК 621.81.001.24

© Вахнина Г. Н, Стасюк В. В., Боровиков Р. Г., 

Бородин Н. А., Щеблыкин П. Н., Ткачев В. В., 
Журавлев И. Н., 2013

ISBN 978-5-7994-0600-4
© ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная 
лесотехническая академия», 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………
6

1. СТАДИИ РАЗРАБОТКИ
8

ИЗДЕЛИЙ………………………………..

1.1.
Основные термины и
8

понятия…………………………

1.2.
Основные принципы и этапы разработки
11

машин…….

1.3.
Требования к машинам и критерии их
13

качества……...

1.4.
Материалы, используемые в
16

машиностроении……….

2. МЕХАНИЧЕСКИЕ

ПЕРЕДАЧИ…………………………………….
17

2.1.
Классификация механических
17

передач………………

2.2.
Проектирование зубчатых
24

передач…………..………

2.3.
Проектирование червячных
32

передач…………………

3. ГИБКИЕ
36

ПЕРЕДАЧИ………………………………………………...

3.1.
Проектирование ременных
36

передач…………………..

3.2.
Проектирование цепных
42

передач……………………..

4. ВАЛЫ И
47

ОСИ………………………………………………………...

4.1.
Проектирование валов и
47

осей………………………….

4.2.
Критерии работоспособности валов и
54

осей…………..

5. ОПОРНЫЕ
56

УЗЛЫ……………………………………………………

5.1.
Подшипники
61

скольжения……………………………..

5.2.
Подшипники
65

качения………………………………….

6. УПЛОТНЕНИЯ ПОДШИПНИКОВЫХ
72

УЗЛОВ…………………...

6.1.
Виды и типы
72

уплотнений………………………………

6.2.
Конструкции
74

уплотнений………………………………

7.
МУФТЫ……………………………………………………………   84

….

7.1.
Классификация
85

муфт…………………………………...

7.2.
Конструкции
86

муфт……………………………………...

8.   РАЗЪЕМНЫЕ
97

СОЕДИНЕНИЯ……………………………………...

8.1.
Резьбовые
97

соединения………………………………...

8.2.
Шпоночные

соединения………………………………
106

8.2.1.
Основные типы

шпонок……………………………….
108

8.2.2.
Расчет шпоночных

соединений………………………
110

8.3.
Шлицевые

соединения………………………………...
112

8.3.1.
Виды и классификация шлицевых

соединений……...
112

8.3.2.
Расчет шлицевых

соединений………………………...
116

9.   НЕРАЗЪЕМНЫЕ

СОЕДИНЕНИЯ…………………………………..
119

9.1.
Сварные

соединения…………………………………..
119

9.2.
Паяные

соединения……………………………………
123

9.3.
Клеевые

соединения…………………………………...
124

9.4.
Заклепочные

соединения……………………………...
127

9.5.
Соединения с

натягом…………………………………
130

9.6.
Профильные

соединения……………………………...
132

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ

СПИСОК…………………………………………..
134

ПРИЛОЖЕНИЯ……………………………………………………………… 136

…..

ВВЕДЕНИЕ

Основные рабочие процессы осуществляются машинами или с 

применением средств механизации. Созданные машины и механизмы 

значительно повышают производительность труда человека и помогают 

выполнить задания, порой непосильные человеку. Мощность энергетических 

машин достигает миллионов киловатт, скорости самолетов достигают и 

превышают скорость звука, мощные вычислительные машины делают 

миллионы и сотни миллионов операций в секунду, достигнута возможность 

перемещения в космическом пространстве. Детали машин – это составные 

части машин.

Дисциплина 
«Основы 
проектирования» 
охватывает 
изучение 

отдельных деталей, их комплексы –
узлы или сборочные единицы, 

объединенные общими сборочными операциями и назначением. В курсе 

рассматриваются вопросы проектирования и конструирования составных 

частей машин.

Проектирование – это творческий процесс создания оптимального 

варианта машины в документах (главным образом в чертежах) на основе

теоретических 
расчетов, 
конструкторского, 
технологического 
и 

эксплуатационного опыта.

Дисциплина 
«Основы 
проектирования» 
предназначена 
для 

формирования у студентов, обучающихся по направлению подготовки 

151000 – Технологические машины и оборудование, бакалавриат, общих 

знаний о деталях машин широкого применения, специального назначения и 

технологического оборудования. Особое внимание уделяется рассмотрению 

вопросов 
рациональности 
и 
работоспособности 
агрегатов 
и 
узлов 

механизмов и машин.

В дисциплине «Основы проектирования» основное внимание уделяется 

проектированию приводов транспортных и технологических машин,

принципам выполнения расчетов основных видов механических передач, 

рассмотрению вопросов прочности резьбовых, шпоночных, зубчатых, 

шлицевых, сварных соединений, проектированию подшипниковых узлов и 

элементов передач.

Особое внимание уделено рассмотрению методик выполнения рабочих 

чертежей деталей, определению и назначению величин квалитетов и 

допусков размеров на изготовление и ремонт деталей общего назначения, 

организации эффективной системы смазки и уплотнения узлов.

Дисциплина «Основы проектирования» позволяет сформировать 

представление о комплексе технических документов, относящихся к 

изделию, предназначенному для изготовления или модернизации, и

содержащем 
чертежи, 
расчеты, 
описания 
с 
принципиальными 

обоснованиями.

Проектирование, изготовление и эксплуатацию современных машин и 

механизмов невозможно осуществлять без широких знаний. Это ставит перед 

учебными дисциплинами ряд важнейших проблем: обучение студента 

владению обширным математическим аппаратом, необходимым для решения 

большого числа разнообразных инженерных задач в машиностроении.

1. СТАДИИ РАЗРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ

1.1. Основные термины и понятия

ДЕТАЛЬ (франц. Detail – кусочек) – изделие, изготовленное из 

однородного по наименованию и марке материала без применения 

сборочных операций (ГОСТ 2.101-68).

ЗВЕНО – группа деталей, образующая подвижную или неподвижную 

относительно друг друга механическую систему тел.

СБОРОЧНАЯ ЕДИНИЦА –
изделие, составные части которого 

подлежат соединению на предприятии-изготовителе посредством сборочных 

операций (ГОСТ 2.101-68).

УЗЕЛ – законченная сборочная единица, состоящая из деталей общего 

функционального назначения.

МЕХАНИЗМ – система деталей, предназначенная для передачи и 

преобразования движения.

АППАРАТ – (лат. Apparatus – часть) прибор, техническое устройство, 

приспособление, обычно некая автономно-функциональная часть более 

сложной системы.

АГРЕГАТ –
(лат. Aggrego –
присоединять) унифицированный 

функциональный узел, обладающий полной взаимозаменяемостью.

МАШИНА – (греч. «махина» – огромная, грозная) система деталей, 

совершающая 
механическое 
движение 
для 
преобразования 
энергии, 

материалов или информации с целью облегчения труда. Машина характерна 

наличием источника энергии и требует присутствия оператора для своего 

управления. Проницательный немецкий экономист К. Маркс заметил, что 

всякая машина состоит из двигательного, передаточного и исполнительного 

механизмов.

АВТОМАТ –
(греч. «аутомотос» –
самодвижущийся) машина, 

работающая по заданной программе без оператора.

РОБОТ – (чешск. Robot – работник) машина, имеющая систему 

управления, позволяющую ей самостоятельно принимать исполнительские 

решения в заданном диапазоне.

Процесс 
разработки 
машин 
имеет 
сложную, 
разветвлѐнную 

неоднозначную структуру и обычно называется широким термином 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ – создание прообраза объекта, представляющего в 

общих чертах его основные параметры. Под КОНСТРУИРОВАНИЕМ 

некоторые авторы понимают весь процесс от идеи до изготовления машин, 

некоторые – лишь завершающую стадию его подготовки [14, 24, 25, 38]. Но

в любом случае цель и конечный результат конструирования – создание 

рабочей документации (ГОСТ 2.102-68), по которой можно без участия

разработчика изготавливать, эксплуатировать, контролировать и 

ремонтировать изделие.

Базовые понятия

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ – документ, составляемый совместно 

заказчиком 
и 
разработчиком, 
содержащий 
общее 
представление 
о 

назначении, технических характеристиках и принципиальном устройстве 

будущего изделия.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ПРЕДЛОЖЕНИЕ – дополнительные или уточнѐнные 

требования к изделию, которые не могли быть указаны в техническом 

задании (ГОСТ 2.118-73).

ТВОРЧЕСТВО 
–
специфическая 
материальная 
или 
духовная 

деятельность, порождающая нечто новое или новую комбинацию известного.

ИЗОБРЕТЕНИЕ –
новое решение технической задачи, дающее 

положительный эффект.

ЭСКИЗИРОВАНИЕ – процесс создания эскиза (франц. Es quisse – из 

размышлений), предварительного рисунка или наброска, фиксирующего 

замысел и содержащего основные очертания создаваемого объекта.

КОМПОНОВКА – расположение основных деталей, узлов, сборочных 

единиц будущего объекта.

РАСЧЁТ – численное определение усилий, напряжений и деформаций

в деталях, установление условий их нормальной работы; выполняется по 

мере необходимости на каждом этапе конструирования.

ЧЕРТЁЖ – точное графическое изображение объекта, содержащее 

полную информацию об его форме, размерах и основных технических 

условиях изготовления.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА – текстовый документ (ГОСТ 2.102
68), содержащий описание устройства и принципа действия изделия, а также 

технические характеристики, экономическое обоснование, расчѐты, указания 

по подготовке изделия к эксплуатации.

СПЕЦИФИКАЦИЯ – текстовый табличный документ, определяющий 

состав изделия (ГОСТ 2.102-68).

ЭСКИЗНЫЙ ПРОЕКТ – первый этап проектирования (ГОСТ 2.119-73), 

когда 
устанавливаются 
принципиальные 
конструктивные и схемные 

решения, дающие общие представления об устройстве и работе изделия.

ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОЕКТ – заключительный этап проектирования 

(ГОСТ 2.120-73), когда выявляются окончательные технические решения, 

дающие полное представление об изделии.

РАБОЧИЙ ПРОЕКТ –
полный комплект рабочей документации 

(текстовой и графической ГОСТ 2.102-68; 2.106-68), в которой содержится 

полная информация о конструкции, изготовлении, эксплуатации и ремонте 

машины.

1.2. Основные принципы и этапы разработки машин

Машины, как и другие изделия, изготавливаются только по проекту, 

который, в любом случае, является совокупностью графических и текстовых 

документов. Правила и порядок разработки, оформления и обращения этих 

документов устанавливается комплексом стандартов – Единой системой 

конструкторской документации (ЕСКД), разработанной в 70-е годы XX в 

[15].

Проектирование машин выполняют в несколько стадий, установленных 

ГОСТ 2.103-68. Для единичного производства это:

1. Разработка технического предложения по ГОСТ 2.118-73.

2. Разработка эскизного проекта по ГОСТ 2.119-73.

3. Разработка технического проекта по ГОСТ 2.120-73.

4. Разработка документации для изготовления изделия.

5.
Корректировка документации по результатам изготовления и 

испытания изделия.

Стадии проектирования при серийном производстве те же, но только 

корректировку документации приходится повторять несколько раз: сначала

для опытного экземпляра, затем для опытной партии, затем по результатам 

изготовления и испытаний первой промышленной партии.

Приступая к каждому этапу конструирования, необходимо чѐтко 

обозначить три позиции: – имеющиеся исходные данные – любые объекты и 

информация, относящиеся к делу; – цель – ожидаемые результаты, величины, 

документы, 
объекты; 
–
средства 
достижения 
цели 
–
методики 

проектирования, 
расчѐтные 
формулы, 
инструментальные 
средства, 

источники энергии и информации, конструкторские навыки, опыт.

Заказчик должен составить и выдать разработчику Техническое 

Задание –
документ, в котором грамотно и чѐтко обозначены все 

технические, эксплуатационные и экономические параметры будущего 

изделия.

Работа начинается с того, что заказчик и исполнитель совместно 

составляют (и подписывают) Техническое Задание. При этом исполнитель 

должен получить максимум информации о потребностях, пожеланиях, 

технических 
и 
финансовых 
возможностях 
заказчика, 
обязательных, 

предпочтительных 
и 
желательных 
свойствах 
будущего 
изделия, 

особенностях его эксплуатации, условиях ремонта, возможном рынке сбыта.

Тщательный анализ этой информации позволит
проектировщику 

правильно выстроить логическую цепочку «Задание – Цель – Средства» и 

максимально эффективно выполнить проект.

Разработка 
Технического 
Предложения 
начинается 
с 
изучения 

Технического Задания. Выясняются назначение, принцип устройства и 

способы соединения основных сборочных единиц и деталей. Всѐ это 

сопровождается анализом научно-технической информации об аналогичных 

конструкциях. Выполняются кинематический расчѐт, проектировочные 

расчѐты на прочность, жѐсткость, износостойкость и по критериям

работоспособности. Выполняются первые эскизы, которые постепенно 

уточняются. 
Необходимо 
стремиться 
к 
максимальной 
компактности 

расположения и удобства монтажа-демонтажа деталей.