Детали машин и основы компьютерного конструирования : рабочий проект как этап процесса конструирования

Москва  2019

МИНИС ТЕРС ТВО НАУКИ И ВЫСШ ЕГО О Б РА З О ВА Н И Я РФ

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

ИНСТИТУТ ЭКОТЕХНОЛОГИЙ И ИНЖИНИРИНГА 
 
Кафедра инжиниринга технологического оборудования

А.А. Герасимова
И.Г. Морозова
М.Г. Наумова

ДЕТАЛИ МАШИН  
И ОСНОВЫ КОМПЬЮТЕРНОГО  
КОНСТРУИРОВАНИЯ

РАБОЧИЙ ПРОЕКТ КАК ЭТАП ПРОЦЕССА  
КОНСТРУИРОВАНИЯ

Учебно-методическое пособие

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом университета

№ 3400

УДК 621.81:004 
 
Г37

Р е ц е н з е н т 
д-р техн. наук, проф. Б.А. Романцев

Герасимова А.А.
Г37  
Детали машин и основы компьютерного конструирования : 
рабочий проект как этап процесса конструирования : учеб.-метод. пособие / А.А. Герасимова, И.Г. Морозова, М.Г. Наумова. – 
М. : Изд. Дом НИТУ «МИСиС», 2019. – 55 с.
ISBN 978-5-907061-35-4

В учебно-методическом пособии рассмотрены вопросы разработки рабочих чертежей деталей приводных устройств металлургических машин, приведена методика их выполнения при подготовке курсового проекта.
Разработка рабочих чертежей деталей редуктора соответствует государственному образовательному стандарту дисциплины «Механика», которая  по 
учебному плану  подготовки бакалавров читается в четвертом семестре.
Предназначено для студентов, обучающихся в бакалавриате и специалитете по направлениям подготовки 22.03.02 «Металлургия», 15.03.02 «Технологические машины и оборудование», 09.03.02 «Информационные системы и 
технологии», 21.05.04 «Горное дело».

УДК 621.81:004

 А.А. Герасимова,
И.Г. Морозова,
М.Г. Наумова, 2019
ISBN 978-5-907061-35-4
 НИТУ «МИСиС», 2019

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие ..............................................................................................4
1. Место и роль «рабочего проекта» в процессе конструирования ......5
2. Требования к рабочим чертежам .........................................................8
3. Качество поверхности деталей ..........................................................10
4. Предельные отклонения размеров, формы ирасположения 
поверхностей и осей с нанесением их на чертежах ............................12
4.1. Задание размеров............................................................................. 12
4.2. Термины и определения для установления единых  
понятий об отклонениях при оценке качества детали ....................... 16
4.3. Отклонения и допуски формы поверхностей  
и их обозначения на чертежах .............................................................. 17
4.4. Отклонения и допуски расположения поверхностей  
и их обозначения на чертежах .............................................................. 18
5. Обозначения на чертежах допусков расположения осей  
отверстий для крепежных деталей ........................................................23
6. Шероховатость поверхностей ............................................................25
6.1. Обозначение шероховатости поверхностей ................................. 25
6.2. Правила нанесения шероховатости поверхностей  
на чертежах ............................................................................................. 32
6.3. Измерение и контроль шероховатости поверхности .................. 37
7. Рабочие чертежи типовых деталей ....................................................39
7.1. Общие сведения .............................................................................. 39
7.2. Валы .................................................................................................. 39
7.3. Зубчатые колеса ............................................................................... 43
7.4. Крышки подшипников .................................................................... 45
7.5. Стаканы ............................................................................................ 47
7.6. Кольца, втулки ................................................................................. 48
Библиографический список ...................................................................49
Приложение 1. Чертеж тихоходного вала редуктора ............................. 50
Приложение 2. Чертеж вала-шестерни ................................................... 51
Приложение 3. Чертеж цилиндрического зубчатого колеса ................. 52
Приложение 4. Чертеж крышки подшипника ........................................ 53
Приложение 5. Чертеж стакана ................................................................ 54

ПРЕДИСЛОВИЕ

В учебном процессе наиболее сложным вопросом для студентов 
является переход от теоретической подготовки к реальному применению полученных знаний при решении конкретных инженерных задач.
Целью данного пособия является развитие у студентов навыков 
творческого мышления, технической эстетики и инженерной графики.
Студенты выполняют курсовой проект, в состав графической части которого входит разработка рабочих чертежей 3–5 деталей сборочной единицы привода металлургической машины. Такими сборочными единицами могут быть закрытая зубчатая передача (редуктор), 
открытая передача (цепная, ременная, зубчатая), муфты и др.
При выполнении курсового проекта (работы) по дисциплине «Механика» в четвертом семестре, согласно учебному плану, студент последовательно осваивает этапы проектирования от выбора схемы 
механизма через многовариантность проектных решений до его воплощения в рабочих чертежах; приобщаясь к инженерному творчеству, осваивая предшествующий опыт, учится предвидеть новые идеи 
в создании машин, надежных и долговечных, экономичных в изготовлении и эксплуатации, удобных и безопасных в обслуживании.
В данном пособии подробно рассмотрены вопросы разработки рабочих чертежей деталей привода металлургических машин в соответствии с ЕСКД и ГОСТами, приведены справочные таблицы, данные 
для которых заимствованы из различных научно-технических источников и систематизированы в удобную для пользователей форму. Они 
помогут студентам при выполнении графической части курсового 
проекта (работы).

1. МЕСТО И РОЛЬ «РАБОЧЕГО ПРОЕКТА» 
В ПРОЦЕССЕ КОНСТРУИРОВАНИЯ

Главная задача конструирования – это создание машин, отвечающих 
потребностям человечества, дающих наибольший экономический эффект и обладающих наиболее высокими технико-экономическими и эксплуатационными показателями. Основными показателями являются: 
 – производительность;
 – прочность;
 – надежность;
 – экономичность;
 – энергоэффективность;
 – долговечность;
 – степень автоматизации;
 – простота и безопасность обслуживания;
 – удобство управления;
 – ремонтопригодность;
 – техническая эстетика;
 – конструктивная преемственность. 
Улучшение этих показателей являются основным направлением, в 
котором работают конструкторы при модернизации существующего 
оборудования или создании нового взамен устаревшего.
Ниже представлены основные этапы конструирования серийного 
технологического оборудования. В случае проектирования единичного оборудования опускаются последние этапы, посвященные промышленным испытаниям,  разработке серийной технологической документации, и при этом предъявляются повышенные требования к 
разработке рабочего проекта и изготовлению опытного образца. 

1-й этап. Составление технического задания
Один из самых важных этапов, поскольку должен ответить на основополагающие вопросы, касающиеся необходимых значений эксплуатационных показателей, ориентировочной стоимости изделия 
и, что немаловажно, сроков выполнения проекта. Может включать в 
себя задачи, представленные ниже.
1. Определение назначения изделия и области его применения. 
2. Расчет производительности (в определенных единицах). 
3. Определение условий и режимов работы. 
4. Установка требований к точности. 
5. Задание предполагаемой долговечности. 

6. Определение ориентировочных габаритных размеров и массы. 
7. Задание объема выпуска изделий. 
8. Определение ориентировочных затрат труда и стоимости изделий. 
9. Установка срока выполнения проекта. 
10.  Определение необходимости специальных требований. 
При выполнении учебного проекта необходимые исходные данные 
по пунктам 1, 3, 4, 5, 6, 9 и 10 задает руководитель проекта.

2-й этап. Разработка эскизного проекта 
Поскольку конечный вид создаваемого объекта зависит от множества взаимозависимых параметров, то процесс конструирования складывается из рядапоследовательных приближений: вначале это эскизный проект, далее – технический и рабочий. При разработке эскизного 
проекта схемы расчетные формулы берут упрощеными, а расчет  проводят инвариантный с выбором по возможности лучшего  решения. 
Этот этап может включать в себя задачи, представленные ниже.
1. Составление принципиальной схемы изделия и выполнение 
структурного анализа. 
2. Кинематическое исследование и составление кинематической 
схемы. 
3. Силовое исследование механизмов.
4. Определение величин, направлений и точек приложения сил. 
5. Определение формы и размеров деталей. 
6. Выбор материала деталей и видов термообработки. 
При выполнении учебного проекта  принципиальную схему изделия задает руководитель проекта.

3-й этап. Разработка технического проекта
Это разработка проекта во втором приближении, следующая за эскизным проектом. Может включать в себя задачи, представленные ниже.
1. Отработка общих видов узлов и механизмов. 
2. Выполнение уточненных и проверочных расчетов. 
3. Корректировка предварительно намеченных размеров. 
4. Назначение допусков и посадок на сочлененные размеры.
5. Составление спецификаций и технических требований. 
6. Изготовление макетов и моделей отдельных узлов в натуральную величину и в уменьшенном масштабе. 

4-й этап. Разработка рабочего проекта
Это завершающий вариант проекта, следующий за техническим 
проектом. Может включать в себя задачи, представленные ниже.

1. Разработка рабочих чертежей деталей с простановкой размеров, 
допусков размеров, допусков отклонения формы и взаимного расположения поверхностей, шероховатостей и т.д. 
2. Вычерчивание контрольной сборки в выбранном масштабе по 
размерам деталей. 
3. Размножение чертежей. 
4. Составление технологических карт. 
При учебном проектировании  номенклатуру рабочих чертежей 
определяет руководитель проекта. Пункты 2, 3 и 4 обучающиеся не 
выполняют. 

5-й этап. Изготовление опытного образца
Этот этап проводится для испытаний разработанной модели в целях выявления неточностей в проекте. Может включать в себя задачи, 
представленные ниже.
1. Изготовление пробных образцов на основе разработанных чертежей и технологии. 
2. Сборка отдельных узлов изделия и изделия целиком. 
3. Режимные испытания опытного образца. 
4. Заводская отладка. Доводка опытного образца и его заводские 
испытания. 
5. Корректировка рабочей документации. 

6-й этап. Промышленные испытания
Этот этап может включать в себя задачи, представленные ниже.
1. Изготовление промышленных образцов и их испытания по технологическим паспортным режимам.
2. Испытания и приемка опытного образца. 
3. Изготовление головной серии. 

7-й этап. Разработка технологической документации
Может включать в себя задачи, представленные ниже.
1. Разработка технологической документации для серийного производства. 
2. Организация серийного выпуска. 
3. Периодические испытания серийной продукции. 
4. Модернизация и совершенствование серийной продукции.

Этапы 5, 6 и 7 в учебных проектах не выполняют.

2. ТРЕБОВАНИЯ К РАБОЧИМ  
ЧЕРТЕЖАМ

При проектировании рабочие чертежи являются составной частью 
рабочего проекта.
Рабочие чертежи разрабатывают на все детали (кроме покупных и 
стандартных), входящие в состав изделия. Детали, чертежи которых 
подлежат разработке, назначаются руководителем проекта в зависимости от типа редуктора и специализации студента. К таким деталям 
относятся: зубчатые колеса, валы, валы-шестерни, крышка и корпус 
редуктора, крышки подшипников, втулки, звездочки, шкивы, полумуфты и др.
Рабочие чертежи вместе с техническими условиями должны содержать все необходимые сведения для изготовления и контролякачества деталей. Чертеж должен иметь все данные о форме, размерах, 
точностиизготовления, шероховатости поверхности, материале, термообработке, отделке и другие необходимые для создания деталисведения.
Рабочие чертежи деталей выполняются только после разработки 
чертежа сборочной единицы.
Рабочие чертежи должны быть выполнены в полном соответствии 
с ЕСКД и стандартами: ГОСТ 2.301–68 – форматы, ГОСТ 2.302–68 – 
масштабы, ГОСТ 2.303–68 – линии, ГОСТ 2.304–81 – шрифты чертежные, ГОСТ 2.104–68 – основные надписи, ГОСТ 2.307–68 – нанесение размеров и предельных отклонений, ГОСТ 2.308–79 – предельные отклонения формы и расположения поверхностей, ГОСТ 2789–73 
и ГОСТ 2.309–73 – шероховатость поверхности и другие.
Конструкцию деталей рекомендуется вычерчивать в масштабе 
1:1. Если чертеж выполняется в масштабе уменьшения (1:2; 1:2,5), то 
мелкие элементы конструкции (например, галтели или канавки вала 
и т.п.) вычерчивают отдельно в виде выносных увеличенных изображений. Количество изображений (видов, разрезов и сечений) должно 
быть минимальным для выявления формы детали и простановки необходимых размеров. Деталь на чертеже изображается в положении, 
в котором она устанавливается на станке. Например, детали, которые 
обрабатывают на токарном станке (валы, колеса, стаканы), располагают так, чтобы их ось была параллельна основной надписи. Деталь 
располагают на чертеже вправо той стороной, с которой производится 
большинство токарных операций.

Деталь на чертеже изображают с теми размерами, шероховатостями поверхностей и другими параметрами, которые она должна иметь 
перед сборкой.
Форматы листов чертежей установлены ГОСТ 2.301–68. Основные 
форматы имеют обозначения и размеры сторон, указанные в табл. 2.1.

Таблица 2.1
Основные форматы чертежей

Обозначение
А0
А1
А2
А3
А4
Размеры сторон, мм
841 × 1189
594 × 841
420 × 594
297 × 420
210 × 297

3. КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛЕЙ

В технике под поверхностью детали понимают наружный слой, 
который по строению и другим физическим свойствам отличается от 
внутренней ее части. Комплекс свойств, приобретаемых поверхностью детали в результате ее обработки, характеризуется обобщенным 
понятием «качество поверхности».
Качество поверхности определяется геометрией поверхности как 
границей тела и физико-химическими свойствами, обусловленными 
процессом ее образования при обработке детали.
Качество поверхности детали машин влияет на такие служебные 
свойства, как сопротивление усталости, износ, коррозионная стойкость, и связано с такими свойствами сопряжений, как прочность посадок с натягом и плотность подвижных и неподвижных соединений.
При проектировании детали машин их геометрические параметры 
задаются размерами элементов, а также формой и взаимным расположением их поверхностей. Но при изготовлении, в результате возникающих погрешностей, реальная деталь будет иметь различные 
отклонения от идеальных геометрических параметров. Эти погрешности могут возникнуть не только в результате изготовления, но и в 
процессе хранения и эксплуатации машин под воздействием внешней 
среды, внутренних изменений в структуре материала, износа и т.д.
Степень приближения действительных геометрических параметров к идеальным называется погрешностью.
Понятия «точность» и «погрешность» взаимосвязаны. Точность 
характеризуется ее действительной погрешностью или ее пределами. 
Чем уже эти пределы, тем меньше погрешность и выше точность.
Отклонения геометрических параметров классифицируют следующим образом:
 – отклонение 0-го порядка – отклонения собственного размера;
 – отклонение 1-го порядка – отклонения расположения поверхностей;
 – отклонение 2-го порядка – отклонения формы;
 – отклонение 3-го порядка – волнистость;
 – отклонение 4-го порядка – шероховатость.
При конструировании необходимо исходить из того, что погрешности параметров не только неизбежны, но и допустимы в определенных пределах, при которых деталь еще может удовлетворять требованием правильной сборки и функционирования машины. При этом 
конструктор должен решить две неразрывные задачи:

– установить идеальные значения параметров детали;
 – нормировать точность изготовления, т.е. назначить пределы, 
ограничивающие эти погрешности.
Сложность заключается в том, что условия функционирования 
требуют сужения этих пределов, а условия изготовления и сборки, т.е. 
экономичность изготовления, – расширения.
Критерием оптимального решения является обеспечение работоспособности машины при минимальной суммарной стоимости ее изготовления и эксплуатации.
К основным причинам возникновения погрешности в процессе изготовления можно отнести следующие:
 – погрешность станка;
 – погрешность обрабатывающего инструмента и приспособлений;
 – изнашивание инструмента;
 – упругие деформации в системе станок–приспособление–инструмент–деталь (система СПИД);
 – температурные деформации системы СПИД;
 – погрешности, зависящие от выбранной схемы и режимов обработки;
 – погрешности измерения, в том числе погрешность мерительного инструмента;
 – неоднородность жесткости, материала и иных погрешностей 
заготовок.
Для совокупности деталей погрешности можно разделить на 3 
группы:
1) систематически постоянные (например, погрешности из-за неправильной настройки станка);
2) систематически переменные (например, из-за износа инструмента);
3) случайные погрешности.