Детали машин. Расчет соединений

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 
__________________________________________________________________________ 
 
 
 
 
 
 
 
 
ДЕТАЛИ МАШИН 

 
 
РАСЧЕТ СОЕДИНЕНИЙ 
 
 
Утверждено Редакционно-издательским советом университета 
в качестве учебного пособия 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
НОВОСИБИРСК 
2020 

УДК 621.81(075.8) 
Д 38 
Рецензенты:  
д-р техн. наук, проф. В.Г. Атапин 
д-р техн. наук, проф. Ю.И. Подгорный 
 
Работа подготовлена на кафедре проектирования технологических  
машин для студентов II и III курсов МТФ, ФМА, РЭФ  
всех форм обучения и ИДО, изучающих курсы  
«Детали машин», «Детали машин и основы конструирования»,  
«Основы конструирования машин и механизмов»,  
«Основы проектирования конструкций»,  
«Проектирование и сборка роботов»,  
«Прикладная механика», «Механика» 
 
Д 38 
 
Детали машин. Расчет соединений : учебное пособие / А.В. Кириллов, Ю.В. Ванаг, К.В. Захарченко, А.В. Барис. – Новосибирск: 
Изд-во НГТУ, 2020. – 156 с. 

ISBN 978-5-7782-4300-2 

В пособии рассмотрены некоторые виды соединений, применяемые в 
машиностроительных конструкциях, и алгоритмы их расчета при основных видах деформаций. 
Учебное пособие составлено применительно к программам курсов: 
«Детали машин», «Детали машин и основы конструирования», «Основы 
проектирования конструкций», «Прикладная механика» и «Механика» 
для студентов МТФ, ФМА, РЭФ, обучающихся по направлениям: 
15.03.02 – Технологические машины и оборудование, 15.03.05 – Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств, 15.03.04 – Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям); 23.03.03 – Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов; 29.03.04 – Технология художественной 
обработки материалов; 13.03.02 – Электротехника, электромеханика и 
электротехнологии; 11.03.03 – Проектирование и технология радиоэлектронных средств. 
Пособие содержит задания для выполнения расчетно-графических работ (РГР) и контрольных работ (КР), требования к их оформлению и примеры решения. 
Настоящая работа может быть также использована студентами других 
факультетов, где курсы «Детали машин», «Механика», «Прикладная механика», «Техническая механика» читаются по сокращенной программе. 
 
УДК 621.81(075.8) 

ISBN 978-5-7782-4300-2 
© Кириллов А.В., Ванаг Ю.В.,  
 
Захарченко К.В., Барис А.В., 2020 
 
© Новосибирский государственный 
 
технический университет, 2020 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
Введение................................................................................................................................ 4 
Общие методические указания к выполнению и оформлению  
расчётно-графических работ ............................................................................................... 5 
1. ЗАКЛЕПОЧНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ .................................................................................. 7 
1.1. Общие сведения .......................................................................................................... 7 
1.2. Виды заклепок и заклепочных швов ......................................................................... 7 
1.3. Методика расчета заклепочных швов ..................................................................... 10 
1.4. Примеры решения .................................................................................................... 17 
1.5. Задания для самостоятельной работы .................................................................... 23 
2. СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ........................................................................................... 32 
2.1. Общие сведения ........................................................................................................ 32 
2.2. Виды сварных соединений и типы сварных швов ................................................. 35 
2.3. Расчет сварных швов................................................................................................ 38 
2.3.1. Условное изображение и обозначение швов сварных соединений ................ 44 
2.3.2. Алгоритм расчета сварного соединения .......................................................... 45 
2.4. Примеры решения .................................................................................................... 47 
2.5. Задания для самостоятельной работы .................................................................... 59 
3. РЕЗЬБОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ....................................................................................... 73 
3.1. Общие сведения ........................................................................................................ 73 
3.2. Классификация резьб ............................................................................................... 75 
3.3. Расчет резьбовых соединений ................................................................................. 82 
Условное изображение резьбы ................................................................................... 86 
3.4. Методические указания к решению задач.............................................................. 90 
3.4.1. Порядок решения задач ..................................................................................... 90 
3.4.2. Примеры решения задач .................................................................................... 96 
3.5. Задания для самостоятельной работы .................................................................. 101 
4. ШПОНОЧНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ ................................................................................. 111 
4.1. Общие сведения ...................................................................................................... 111 
4.2. Расчёт шпоночных соединений ............................................................................. 114 
4.3. Методические указания к решению задач............................................................ 117 
4.4. Примеры решения задач ........................................................................................ 119 
4.5. Задания для самостоятельной работы .................................................................. 122 
5. ШЛИЦЕВЫЕ И ПРОФИЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ .................................................... 130 
5.1. Общие сведения ...................................................................................................... 130 
5.2. Расчет шлицевых соединений ............................................................................... 132 
5.3. Методические указания к решению задач............................................................ 133 
5.4. Примеры решения задач ........................................................................................ 135 
5.5. Задания для самостоятельной работы .................................................................. 137 
Библиографический список ............................................................................................. 145 
Приложение ...................................................................................................................... 147 

 
 
 
 
 
 
 
ВВЕДЕНИЕ 
 
Узлы, а также машины, приборы и аппараты в целом собирают из 
деталей путем их соединения в определённом взаимном положении. 
Фиксация взаимного расположения деталей необходима для придания 
составной детали или узлу требуемой формы, взаимодействия деталей, 
предотвращения утечек рабочего тела из узлов машин и т. д. 
Сопрягаемые части деталей вместе со связями образуют соединения, названия которых определяются, как правило, видом связи или 
соединительного элемента (детали): например, соединения болтовые, 
сварные, шпоночные и т. п. 
В зависимости от конструктивных, технологических, эксплуатационных и экономических требований соединения могут быть разъемными и неразъемными. Разъемные соединения (резьбовые, штифтовые, 
клиновые, шпоночные, шлицевые и профильные) разбираются без повреждения деталей, а неразъемные соединения (заклепочные, сварные 
и прессовые) можно разобрать, лишь разрушая связи или детали, повреждая посадочные поверхности. 
Разъемные соединения выполняют как подвижными, так и неподвижными под нагрузкой. В подвижных (под нагрузкой или без неё) 
соединениях возможно относительное перемещение деталей, предусмотренное функциональным назначением. Однако основное применение имеют неподвижные соединения, в которых детали в процессе 
работы не совершают относительного перемещения. В таких соединениях (разъемных и неразъемных) под нагрузкой происходит взаимное 
смещение контактирующих точек деталей, обусловленное их деформациями. 
Детали соединений образуют наиболее распространенный класс 
деталей машин, их работоспособность наиболее часто, как показывает 
практика, определяет надежность работы конструкций. 

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ  
К ВЫПОЛНЕНИЮ И ОФОРМЛЕНИЮ  
РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКИХ РАБОТ 
 
Описание и расчеты должны сопровождаться необходимыми эскизами и расчетными схемами. Текст выполняется машинным способом 
на одной стороне листа. Расстояние от рамки до границ текста документа сверху при отсутствии заголовка должно быть не менее 10 мм. 
Абзацы в тексте начинаются отступом, равным 15 мм. В тексте допускаются только общепринятые сокращения слов. 
Текст записки должен быть выполнен аккуратно на одной стороне 
листа через полтора или два межстрочных интервала. 
Содержание работы должно быть разбито на разделы, подразделы 
и пункты. Оглавление должно содержать названия разделов и подразделов с указанием страниц. Разделы должны иметь порядковые номера, обозначаемые арабскими цифрами. Заголовки соответствующих 
разделов выполняются отдельной строкой прописными буквами и  
за исключением ВВЕДЕНИЯ нумеруются. Разделы, подразделы, пункты, подпункты нумеруются и оформляются согласно требованиям 
ГОСТ 2.105–81 следующим образом: например, 1.3.4.6, где 1 – номер 
раздела, 3 – подраздела, 4 – пункта, 6 – подпункта. Очередной раздел 
нужно начинать с новой страницы.  
Каждый раздел, посвященный расчету одного из видов соединений 
начинается на листе, содержащем основную надпись формы 2 
(40×185). Остальные страницы раздела выполняются на листах с основной надписью формы 2а (15×185).  
Расчетно-графическая работа состоит из нескольких разделов, таких как «Расчет заклепочного соединения», «Расчет сварного соединения» и т. д. Расчеты должны иллюстрироваться эскизами элементов 
рассчитываемых деталей, расчетными схемами с указанием необходимых размеров. 

Имеющиеся иллюстрации нумеруются, например: Рисунок 1.1 и т. д. 
Кроме этого при оформлении рисунков, таблиц и графиков необходимо соблюдать следующие требования: 
– заголовки таблиц помещаются сверху, а рисунков – снизу; 
– на каждый рисунок и таблицу должны быть ссылки в тексте; 
– рисунки и таблицы размещаются сразу после их первого упоминания в тексте; 
– таблицы предпочтительно располагать вертикально. 
Оформление расчетов выполняется в определенной последовательности. Перед результатом расчета приводится формула, под которой 
дается расшифровка символов с указанием размерности. Далее в формулу подставляют численные значения символов, проставленные в 
последовательности, приведенной в формуле. Каждый символ в пределах пояснительной записки должен иметь только одно значение и расшифровывается один раз. Результаты расчетов должны быть указаны в 
размерном виде. Как правило, расчеты выполняются с точностью 10–2 
(два знака после запятой). Нумеруются только те формулы, на которые 
приводятся ссылки по тексту. 
На все заимствованные из литературы рекомендации, формулы, 
значения коэффициентов и других величин должны быть даны ссылки 
в виде цифры в квадратных скобках, например: [2], где 2 – порядковый 
номер источника в списке литературы. 
В конце записки приводится список использованной литературы. 
Список источников формируется по очередности ссылок на используемую литературу и оформляется следующим образом, например: 
2. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей 
машин. – М. : Высшая школа, 2007. 
 

1. ЗАКЛЕПОЧНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ 

1.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 

Заклепка представляет собой цилиндрический стержень с головками 
на концах, одну из которых выполняют на заготовке заранее и называют 
закладкой (рис. 1.1), а вторая – замыкающая образуется при клепке. 
 

 
 
а 
б 

Рис. 1.1 

Расчет заклепки на прочность производят по диаметру стержня поставленной заклепки (по диаметру отверстия). Заклепки применяют 
для соединения листов, полос, прокатных профилей. В настоящее время заклепочные соединения вытесняются сваркой. Область применения ограничивается конструкциями, воспринимающими значительные 
вибрационные или ударные нагрузки (авиация, подвижный состав, мосты), и конструкциями, выполненными из несвариваемых элементов, 
где недопустим нагрев. 

1.2. ВИДЫ ЗАКЛЕПОК И ЗАКЛЕПОЧНЫХ ШВОВ 

Соединение деталей машин, сооружений, осуществляемое группой 
заклепок, называется заклепочным швом. Различают прочные заклепочные швы для восприятия внешних нагрузок (металлические конструкции в машинах и сооружениях) и прочноплотные, обеспечивающие герметичность соединения при восприятии значительных усилий 

(паровые котлы, резервуары, трубопроводы для газов и жидкостей при 
больших давлениях). 
Во избежание химической коррозии в соединениях заклепки ставят 
из того же материала, что и соединяемые детали. 
По роду материала различаются стальные, алюминиевые, латунные, медные и другие заклепки. 
Стальные заклепки изготовляют из углеродистых сталей Ст2, Ст3 и 
других, а в специальных конструкциях – из легированной стали. 
Основные виды заклепок общего назначения стандартизированы. 
Широкое применение имеют: заклепки с полукруглой головкой (ГОСТ 
14797 – 75 и 10299 – 68, рис. 1.2, а); заклепки с потайной головкой 
(ГОСТ 14798 – 75 и 10300 – 68 , рис. 1.2, б); заклепки с полупотайной 
головкой (ГОСТ 10301 – 68, рис. 1.2, в). Наиболее технологичные заклепки с полукруглой головкой. 
 

 
а 
б 
в 

Рис. 1.2 

В самолетостроении, в точных механизмах применяют трубчатые 
заклепки (пистоны). Для соединения металлических деталей применяют пистоны с фланцами (рис. 1.3, а), а для соединения деталей из эластичных материалов (кожи, тканей и т. п.) пистоны с загнутыми бортами (рис. 1.3, б). 
По конструкции выделяют заклепочные швы: нахлесточные однорядные (рис. 1.4, а), двухрядные (рис. 1.4, б, в) и многорядные; стыковые с одной накладкой – однорядные (рис. 1.4, г), двухрядные и многорядные; стыковые с двумя накладками – однорядные (рис. 1.4, д), 
двухрядные (рис. 1.4, е) и многорядные. 
По расположению заклепок двухрядные и многорядные заклепочные швы различают: с рядовым (рис. 1.4, б) и шахматным (рис. 1.4, в, е) 
расположением заклепок. По числу сечений заклепок, работающих на 
срез, заклепочные швы различают: односрезные (рис. 1.4, а, б, в, г), 
двухсрезные (рис. 1.4, д, е) и многосрезные. 

а 
б 

Рис. 1.3 

 
а 
б 
в 
 

 
г 
д 
е 

Рис. 1.4 

Расстояние Р между заклепками по длине шва называется шагом 
заклепочного шва. 

1.3. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ЗАКЛЕПОЧНЫХ ШВОВ 

Расчет заклепочного шва заключается в определении диаметра и 
числа заклепок, шага заклепочного шва, расстояния заклепок до края 
соединяемой детали и расстояния между рядами заклепок. Все эти размеры определяют в зависимости от площади сечения соединяемых заклепками деталей. После вычисления размеров элементов заклепочного 
шва проводят прочностные расчеты: заклепки прочноплотных швов 
условно рассчитывают на срез, а заклепки прочных швов рассчитывают 
на срез и на смятие, так как здесь допустим сдвиг одной детали относительно другой, а в швах, обеспечивающих герметичность, сдвига не 
должно быть. 
Расстояние Р между заклепками по длине шва называется шагом 
заклепочного шва. 

Расчет прочных заклепочных швов 
Рассмотрим однорядный нахлесточный шов (рис. 1.5), где 
0
d  – диаметр поставленной заклепки;  – толщина соединяемых листов; р – шаг 
заклепочного шва; l – расстояние заклепок до края листа.  
Чтобы не произошло разрушения конструкции по заклепочному шву, 
необходимо проверить условие прочности для всех составляющих шва: 

 



с
с
2
0
[
]
/ 4

F

d
 
 

; 
(1.1) 

где F – сила, действующая на участке шва шириной t; 
с
[
]

 – допускаемое 
напряжение на срез для заклепок; 
р
[
]

 – допускаемое напряжение на 

растяжение для листов; 
см
[
]

 – допускаемое напряжение на смятие между заклепками и листами; 

с
 – допускаемое напряжение на срез для 
листов); на смятие между заклепкой и листом: 

 
см
см
0
[
]
F
d


 

; 
 (1.2) 

Рис. 1.5 

на растяжение листа по сечению 1–1: 

 
р
р
0
[
]
(
)
F
p
d
 
 


; 
(1.3) 

на срез листа одновременно по двум сечениям в предположении, что 
срез происходит по длине 
0
–
/ 2 :
l
d
 

 


с
с
0
2 (
/ 2)
F
l
d



 
 
 
. 
(1.4) 

Из уравнений (1.1) и (1.2) при 
см
с
1,6
[
]
]
[



 следует, что 
0
2
d  ; соответственно принимают: 

 
0
2
d  ; 
(1.5) 

из уравнений (1.1) и (1.3) при 
р
с
[
]
]
[

 
 и 
0
2
d   принимают: 

 
0
3
р
d

, 
(1.6) 

 
0
(1,5
2)
е
d


, 
(1.7)