Прикладная механика: детали машин и основы конструирования

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ  
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ  
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС» 

 

 
 
 

 

 

 

 
 

 

№ 2890 

Кафедра инжиниринга технологического оборудования

 
 
 

Прикладная механика

Детали машин и основы конструирования 

Учебное пособие 

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом университета 

Москва 2016 

УДК 621:622 
 
П75 

Р е ц е н з е н т  
д-р техн. наук, проф. Л.И. Кантович 

А в т о р ы :  В.А. Мостаков, Т.М. Слободяник, П.М. Вержанский,  
Б.В. Воронин, А.М. Керопян 

 
 
 
Прикладная механика: детали машин и основы конструиро- 
П75 вания : учеб. пособие / В.А. Мостаков [и др.]. – М. : Изд. Дом 
МИСиС, 2016. – 71 с. 
ISBN 978-5-87623-996-9 

В пособии сформулированы требования, предъявляемые к курсовому 
проекту, определены содержание и объем проекта. Приведены методики кинематических расчетов привода, включающего двухступенчатый редуктор, 
методики предварительного выбора параметров редуктора, методики расчетов геометрических характеристик и проверки прочности зубчатых передач, 
валов, соединений, определения долговечности подшипников. Приведенные 
методические материалы базируются на действующих государственных 
стандартах, но изложены с некоторыми упрощениями с учетом специфики 
горного машиностроения. 
Для студентов, обучающихся по специальностям: 21.00.00 «Горное дело», 
специализации: «Горные машины и оборудование», «Транспортные системы 
горных предприятий», «Электрификация и автоматизация горных предприятий», 23.05.01 «Наземные транспортно-технологические средства», 15.03.05 
«Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств». 

УДК 621:622 

 
ISBN 978-5-87623-996-9 
 Коллектив авторов, 2016 
 НИТУ «МИСиС», 2016 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Предисловие .......................................................................................... 5 
1. Общие положения ............................................................................. 6 
2. Содержание и объем курсового проекта ........................................ 6 
3. Выбор задания на курсовое проектирование ............................... 20 
4. Расчет привода ................................................................................ 20 
5. Проектный расчет редуктора ......................................................... 22 
5.1. Рекомендации по выбору исходных параметров 
двухступенчатого редуктора на стадии проектных расчетов ..... 22 
5.2. Рекомендации по выбору передаточных отношений 
отдельных ступеней двухступенчатого редуктора ...................... 22 
5.3. Определение крутящих моментов на валах редуктора 
и зубчатых колесах по данным разбивки передаточных 
отношений ....................................................................................... 23 
6. Проектные расчеты зубчатых передач ......................................... 23 
7. Проверочный кинематический и силовой расчет редуктора ...... 27 
8. Проверочный прочностной расчет зубчатых колес 
быстроходной и тихоходной ступеней ............................................. 28 
8.1. Проверочный расчет на контактную выносливость 
активных поверхностей зубьев...................................................... 28 
8.2. Проверочный расчет зубьев по изгибным напряжениям..... 30 
9. Проектный расчет валов редуктора .............................................. 31 
10. Подбор шпонок ............................................................................. 33 
11. Предварительный подбор подшипников качения ..................... 34 
12. Определение зазоров между передачами редуктора 
и стенками корпуса ............................................................................. 34 
13. Эскизная компоновка редуктора ................................................. 35 
14. Смазка редуктора и система уплотнений ................................... 35 
15. Определение параметров корпуса редуктора ............................ 36 
16. Определение усилий в зацеплениях зубчатых колес ................ 39 
17. Проверочный расчет валов .......................................................... 40 
18. Проверочный расчет подшипников ............................................ 42 
19. Выбор муфты ................................................................................ 43 
Библиографический список ............................................................... 44 
Приложение 1. Задания на курсовой проект .................................... 45 
Приложение 2. Параметры электродвигателей................................ 56 
Приложение 3. Нормальные линейные размеры. Выборка ............ 58 

Приложение 4. Необходимые данные для оценки прочности 
зубчатых передач ................................................................................ 59 
Приложение 5. Необходимые данные для расчета валов 
на выносливость ................................................................................. 61 
Приложение 6. Характеристика манжетных уплотнений ............... 64 
Приложение 7. Расчетные схемы для проверочного расчета ......... 65 
Приложение 8. Необходимые данные для выбора и расчета 
подшипников качения ........................................................................ 68 
 

Предисловие 

Цель учебного пособия – дать студентам исходные материалы для 
выполнения курсового проекта по дисциплине «Прикладная механика», разделу «Детали машин и основы конструирования». В пособии 
сформулированы основные требования, предъявляемые к курсовому 
проекту, а также определены содержание и объем выполняемой работы. Приведены методики кинематических расчетов редуктора, 
расчетов геометрических характеристик и проверки прочности зубчатых передач, предварительных и проверочных расчетов валов, 
определения долговечности подшипников. Даны рекомендации по 
габаритным характеристикам корпусов редукторов, уровню заливки 
масла. Представлена необходимая информация для проведения всех 
расчетов. Приводится перечень справочной и учебной литературы, 
которая должна быть использована студентами в ходе курсового 
проектирования. 
Курсовой проект по деталям машин является первой самостоятельной творческой инженерно-конструкторской работой студента. 
При выполнении проекта закрепляются знания, полученные при изучении раздела «Детали машин и основы конструирования» и других 
дисциплин фундаментально-теоретического и общеинженерного 
цикла, приобретаются навыки работы со справочной литературой, 
государственными и отраслевыми стандартами. 

1. Общие положения 

Объектами проектирования являются приводы различных горных 
машин, в том числе двухступенчатые редукторы разнообразных типов. 
Выбор редуктора как основного элемента объекта проектирования 
объясняется тем, что в нем наиболее полно представлена совокупность 
деталей и их соединений, изучаемых в данном курсе. Объектами проектирования являются приводы горных и горно-транспортных машин. 
Это объясняется стремлением коллектива кафедры максимально приблизить дисциплину «Прикладная механика» к горной технике и органично включить ее в единую непрерывную систему подготовки горных инженеров. Все предлагаемые для проектирования механизмы 
применяются в горных и горно-транспортных машинах. 
В связи со спецификой учебного проектирования в отдельных случаях задания предусматривают проектирование механизмов, кинематически и конструктивно эквивалентных реальным, т.е. при сохранении идентичности кинематических параметров, кинематической схемы и основных направлений конструктивного оформления, отличающихся от реальных механизмов величиной передаваемой мощности. 
Настоящее руководство не ставит целью заменить полностью указанные в списке литературы фундаментальные издания по курсовому 
проектированию деталей машин. Материал в пособии расположен в 
том порядке, в котором студентам следует работать над проектом. В 
тексте имеются ссылки на учебную литературу, которую следует использовать при проектировании. 
Данное пособие предназначено для студентов как дневного, так и 
дистанционного обучения. При этом не исключается, а считается 
весьма полезной работа студентов со справочной и нормативной литературой. 
Данное пособие может быть использовано студентами других 
специальностей, для которых предметом курсового проектирования 
является одноступенчатый редуктор, а объем курсового проекта 
определяется конкретным заданием на проектирование. 
Считается полезной работа студентов с применением ЭВМ как в 
расчетах и конструировании, так и при оформлении курсового проекта. 

2. Содержание и объем курсового проекта 

Проект по разделу «Детали машин и основы конструирования» 
состоит из двух частей: 

часть I – расчетно-пояснительная записка; 
часть II – графическая часть. 

Часть I. Расчетно-пояснительная записка 
Расчетно-пояснительная записка должна содержать: 
а) Кинематический и силовой расчет привода 
1. Рассчитывается частота вращения ведомого вала (в тех случаях, 
где она не задана). 
2. Определяется общий коэффициент полезного действия. 
3. Рассчитывается мощность на ведомом и ведущем валах. 
4. Производится выбор электродвигателя. 
5. Определяется общее передаточное отношение привода и производится его разбивка между открытой ступенью (открытой зубчатой 
передачей, ременной или цепной передачами) и редуктором. Передаточное отношение редуктора должно быть стандартным по СТ СЭВ 
221 и, как правило, не превышать 16–18. 
б) Расчет редуктора 
1. Расчет быстроходной и тихоходной ступеней. 
Проектировочный расчет быстроходной и тихоходной ступеней 
редуктора выполняется в целях определения его параметров по условиям минимальности габаритов и обеспечения смазки окунанием.  
Уточняется передаточное отношение и межосевое расстояние 
каждой ступени, исходя из их соответствия действующим стандартам.  
Определяются крутящие моменты на валах редуктора, частота 
вращения валов. 
Выполняется проверочный расчет передач по контактным и изгибным 
напряжениям. При недостаточной прочности передачи принимается решение об увеличении ширины колес, применении более качественной 
стали и вида термообработки в целях повышения прочности передачи.  
2. Расчет валов. 
Делается предварительный расчет валов на деформацию кручения. После окончательного конструирования валов производится их 
проверочный расчет на усталостную прочность по 2–3 расчетным 
сечениям, содержащим концентраторы напряжений. 
3. Производится подбор шпонок и их расчет на смятие. 
4. Осуществляется подбор подшипников качения по диаметрам 
посадочных поверхностей валов и по направлению действующих на 
опоры нагрузок. 
Определяется долговечность подшипников в часах. 
5. Производится подбор способа смазки и сорта смазочного материала. 

6. Производится подбор соединительных муфт. 
Расчетно-пояснительная записка должна содержать расчетные схемы, 
рисунки, необходимые расчеты, выполненные в табличной или другой 
произвольной форме в строгом соответствии с нормами и правилами ЕСКД. 
Расчетно-пояснительная записка выполняется на листах формата 
А4, сброшюрованных вместе с обложкой. Записка оформляется чертежным шрифтом или в порядке исключения четким разборчивым 
почерком. Записку разрешается оформлять на ЭВМ с помощью стандартного редактора (например, Word).  
В начале расчетно-пояснительной записки должны быть титульный лист с заданием на проектирование (прил. 1), а в конце – библиографический список. 
На титульном листе следует указать:  
– название университета (НИТУ «МИСиС»); 
– название кафедры (Кафедра инжиниринга технологического оборудования); 
– наименование дисциплины (Прикладная механика. Детали машин и основы конструирования); 
– название темы проекта; 
– ФИО; 
– группа или шифр зачетной книжки (для студентов дистанционного обучения). 

Часть II. Графическая часть 
Графическая часть состоит из четырех листов чертежей формата А1. 
Лист 1. Общий вид редуктора 
Чертеж выполняется в масштабе 1:1 или 1:2 и содержит две проекции общего вида редуктора со всеми монтажными, габаритными и 
присоединительными размерами, техническую характеристику редуктора, технические требования на сборку.  
Спецификация прикладывается к расчетно-пояснительной записке. 
При вычерчивании общего вида редуктора необходимо изобразить следующие составные части: конструкцию корпуса и крышки, 
смотровой люк с отдушиной, устройства для подъема редуктора, 
маслоуказатель, уровень заливаемого в корпус масла, сливное отверстие с пробкой, валы с зубчатыми колесами, подшипники, уплотнения, шпонки. Необходимо указать габаритные, присоединительные и 
посадочные размеры с допусками и посадками. 
Пример сборочного чертежа редуктора показан на рис. 2.1. 

Рис. 2.1 

Лист 2. Рабочие чертежи пяти деталей 
Зубчатое колесо, вал-шестерня, вал, крышка подшипникового узла, любая другая деталь (по указанию преподавателя).  
Рабочие чертежи выполняются в масштабе 1:1 в соответствии с 
требованиями ЕСКД на стандартных листах формата А3 или А4. На 
чертежах, включающих зубчатые колеса, должны быть помещены 
таблицы параметров, необходимых для изготовления колес. 
Примеры чертежей валов и зубчатых колес показаны на рис. 2.2–
2.6, а стакана и крышек подшипника на рис. 2.7–2.9.  
Лист 3. Рабочий чертеж корпусной детали редуктора или рамы привода 
Чертеж выполняется в двух или трех проекциях с указанием всех необходимых размеров, обозначений сварных швов по ГОСТу, технических требований и спецификации (для рамы), прилагаемой отдельно. 
Пример чертежа крышки корпуса редуктора показан на рис. 2.10. 
Лист 4. Общий вид привода 
Чертеж должен содержать упрощенное (контурное) изображение 
привода с габаритными размерами, а также данные, необходимые 
для его установки (монтажа) на месте применения. Чертеж выполняется в двух проекциях и содержит характеристику привода, технические требования на сборку и спецификацию, прилагаемую отдельно. 
На чертеже допускается изображение конструктивной схемы рамы из стандартных профилей и листового проката со всеми необходимыми габаритными и монтажными размерами и обозначениями. 
В этом случае лист 3 можно не выполнять. 
Пример чертежа общего вида привода показан на рис. 2.11. 
Все чертежи выполняются в строгом соответствии с ЕСКД. Чертежи разрешается выполнять на ЭВМ с помощью одного из стандартных графических редакторов (Autocad, Compas). 
В случаях, когда расчетно-пояснительная записка и (или) чертежи 
выполнены на ЭВМ, студент представляет их преподавателю в электронной версии одновременно с твердыми копиями и должен доказать самостоятельность выполнения чертежей на компьютере при 
защите проекта.  

Примечание. Учитывая, что многие горные и горно-транспортные машины (экскаваторы, буровые станки, проходческие и очистные комбайны, погрузочные машины и др.) являются многоприводными системами, а их приводы встроены в металлоконструкцию машин, допускается по согласованию с преподавателем общий вид 
привода вместо листа 4 изображать в виде кинематической схемы, включающей 
электродвигатель, соединительные муфты, тормоза и исполнительные органы, и 
помещать в формате А4 в лист 2 или в расчетно-пояснительную записку. 

Рис. 2.2 

Рис. 2.3