Курсовое проектирование деталей машин

КУРСОВОЕ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
ДЕТАЛЕЙ МАШИН

3-е издание, переработанное и дополненное

Рекомендовано 
Межрегиональным учебно-методическим советом 
профессионального образования в качестве учебного пособия 
для студентов высших учебных заведений, 
обучающихся по укрупненным группам специальностей и направлений 
15.03.00 «Машиностроение», 22.03.00 «Технологии материалов», 
23.03.00 «Техника и технологии наземного транспорта» 
(квалификация (степень) «бакалавр») 
(протокол № 5 от 11.03.2019)

Москва
ИНФРА-М
2023

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

УДК 621.81(075.8)
ББК 34.44я73
 
К93

 
К93  
Курсовое проектирование деталей машин : учебное пособие / С.А. Чер-
навский, К.Н. Боков, И.М. Чернин [и др.]. — 3-е изд., перераб. и доп. — 
Москва : ИНФРА-М, 2023. — 414 с. — (Высшее образование: Бакалав-
риат).

ISBN 978-5-16-015281-3 (print)
ISBN 978-5-16-109012-1 (online)

Изложены методы расчета приводов, редукторов, передач (зубчатых, 
червячных, цепных, ременных, планетарных и волновых). Рассмотрены 
основы конструирования деталей редукторов. Даны примеры проектиро-
вания редукторов и передач.
Третье издание переработано и дополнено новыми материалами в со-
ответствии с действующими ГОСТами и методами проектирования основ-
ных видов механических передач и их деталей.
Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по укрупнен-
ным группам направлений 15.03.00 «Машиностроение», 22.03.00 «Техноло-
гии материалов», 23.03.00 «Техника и технологии наземного транспорта».

УДК 621.81(075.8)
ББК 34.44я73

А в т о р ы:
Чернавский С.А., Боков К.Н., Чернин И.М., Ицкович Г.М., Козин-
цов В.С., Самсонович С.Л., Мороз С.Ф.

Р е д а к т о р ы:
Чернавский С.А., доктор технических наук, профессор; 
Козинцов Б.С. (3-е изд.)

Р е ц е н з е н т:
Карп А.В., кандидат технических наук

ISBN 978-5-16-015281-3 (print)
ISBN 978-5-16-109012-1 (online)
© Коллектив авторов, 2019



ПРЕДИСЛОВИЕ

Учебное пособие содержит сведения, необходимые для выполне-

ния курсовых проектов по деталям машин.

По сравнению с предыдущим изданием третье издание существен-

но переработано и дополнено в связи с введением новых стандартов 
и совершенствованием методов расчета и конструирования меха-
нических передач и их деталей. В соответствии с необходимостью 
использования в учебном процессе компьютеров в пособии пред-
ставлены алгоритмы, которые могут служить основой для разработки 
программ для ЭВМ.

Приложения дополнены новыми справочными сведениями.
Авторы с признательностью примут все замечания и пожелания 

по настоящему изданию.



Глава I                                                                     

 КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА

§ 1.1. НАЗНАЧЕНИЕ ПРИВОДА, ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ 

КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Приводом называют механизм, передающий движение от двигате-

ля к технологической машине. Обычно это механизмы, понижающие 
скорость вращения, — редукторы; в редких случаях — повышающие 
ее, — мультипликаторы. Уменьшая скорость вращения, редуктор, 
соответственно, повышает момент вращения. Редуктор представляет 
собой зубчатую или червячную передачу, выполненную в отдельном 
корпусе. Привод может состоять из одного редуктора или из редук-
тора и какойлибо передачи (ременной или цепной), соединенных 
последовательно.

Начинать выполнять курсовой проект следует с выбора типа 

передачи. Передача должна соответствовать заданным техническим 
условиям и требованиям: величине и характеру нагрузки, сроку служ-
бы, условиям эксплуатации и другим, поставленным заказчиком. 
Что главное из них, а что второстепенное — зависит от назначения 
объекта, для которого проектируется привод. Заданные технические 
условия и требования служат основанием выбора типа передачи. 
Например, требование высокого КПД исключает применение чер-
вячной передачи; малых габаритов — ременных и цепных.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Задание на курсовой проект выдается студенту консультантом

преподавателем обычно в виде заполненного бланка специальной 
формы и является исходным техническим документом для выпол-
нения курсового проекта.

В общем случае рекомендуется следующий порядок выполнения 

курсового проекта:

А. Кинематический и силовой расчет привода
1. Получить задание на курсовой проект, хорошо разобраться в 

кинематической схеме привода и выяснить, какие виды передач в 
него входят. После разработки схемы привода порядок выполнения 
проекта остается таким же, как указано ниже.

2. Уточнить частоту вращения на последнем ведомом валу про-

ектируемого привода. Эта часть работы выполняется в том случае, 



если на последнем ведомом валу даны линейная (окружная) скорость, 
диаметр барабана, звездочка и т.д.

3. Определить требуемую мощность электродвигателя и выбрать 

его. Если электродвигатель дан в задании, то этот пункт отпадает.

4. Определить передаточное число привода в целом и передаточ-

ные числа каждой из составляющих передач.

5. Выбрать передаточные числа отдельных ступеней редуктора, 

т.е. установить, какую часть общего передаточного числа будет 
осуществлять в отдельности его быстроходная, промежуточная или 
тихоходная ступень.

Если в составе привода имеются двух или трехступенчатые пере-

дачи нередукторного типа (открытые зубчатые, ременные, цепные 
и т.п.), то в данном случае назначают передаточные числа и для 
каждой из ее ступеней.

6. Вычислить частоту вращения и крутящие моменты на каждом 

валу привода.

7. Рассчитать и определить основные размеры деталей передач, 

расположенных в схеме привода до или после редуктора. Если в 
схеме проектируемого привода этих передач нет, то данная стадия 
работы отпадает.

Б. Проектный расчет редуктора
8. Выбрать материалы для изготовления зубчатых колес и червя-

ков.

9. Определить величины допускаемых напряжений для зубьев 

зубчатых колес.

10. Рассчитать межосевое расстояние и геометрические размеры 

элементов зацепления каждой из передач редуктора.

11. Провести расчет на контактную прочность активных поверх-

ностей зубьев. При этом рассчитанные напряжения не должны 
существенно отличаться от допускаемых. Указанная проверка позво-
ляет найти вычислительную ошибку, допущенную при определении 
межосевого расстояния, если имеется значительное расхождение 
между рассчитанными и допускаемыми напряжениями.

12. Выполнить первую эскизную компоновку редуктора с целью 

сопоставления размеров зубчатых колес отдельных ступеней.

13. Определить ориентировочные размеры диаметров валов.
14. Произвести предварительный выбор подшипников.
15. Выполнить вторую эскизную компоновку редуктора на мил-

лиметровке в масштабе 1:1, определить размеры корпуса и длины 
участков валов, выбрать способ крепления валов в опорах («враспор» 
или с фиксированной и плавающей опорами).

16. Определить силы в зацеплении зубчатых передач и реакции 

в опорах валов. Построить эпюры изгибающих и крутящего момен-
тов.



17. Выполнить проверочный расчет подшипников и сделать 

необходимую корректировку в зависимости от требуемого срока 
службы.

18. Подобрать и проверить на прочность шпоночные или шли-

цевые соединения (при этом в расчетнопояснительной записке 
необходимо дать эскиз сечения вала со шпонкой или шлицевого 
соединения).

19. Выбрать вид смазки зубчатых передач и подшипников, способ 

ее подачи и конструкцию уплотняющих устройств.

20. Назначить посадки и вычертить в РПЗ поля допусков для 

характерных соединений с использованием таблиц ГОСТ 25347—82 
(посадки колес на валы, подшипников на валы и в корпус и т.п.; 
всего 4—5 посадок).

21. Выполнить уточненный расчет наиболее нагруженного вала 

на выносливость.

22. Рассчитать редуктор на нагрев (только для червячного редук-

тора).

23. Вычертить на ватмане общий вид и сборочный чертеж редук-

тора и составить спецификацию.

24. Вычертить рабочие чертежи деталей.
25. Произвести расчет и вычертить узел привода (например, фрик-

ционная муфта, предохранительная муфта, разгрузочное устройство 
и т.п.).

26. Составить и оформить расчетнопояснительную записку.

§ 1.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТРЕБУЕМОЙ МОЩНОСТИ 

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

В типовых заданиях на курсовое проектирование деталей машин 

указывается кинематическая схема привода к конвейеру, смесителю, 
кормораздатчику и другим устройствам, эксплуатируемым в режиме, 
близком к постоянному. К исходным данным относятся эксплуата-
ционные, загрузочные и энергетические характеристики.

Учащиеся техникума должны рассчитать все элементы привода и 

разработать конструкцию одноступенчатого зубчатого или червячно-
го редуктора и дополнительно одну из гибких передач — ременную 
или цепную.

Первый этап проектирования — анализ кинематической схемы и 

выбор электродвигателя.

На рис. 1.1 показана одна из типовых схем привода к ленточному 

конвейеру: от электродвигателя вращение передается валу барабана 
через ременную передачу, зубчатый одноступенчатый редуктор и 
цепную передачу.



Для определения требуемой 

мощности электродвигателя в 
задании должны быть указаны 
вращающий момент Tр (Н • м) на 
валу барабана и угловая скорость ωр 
(рад/с) этого вала или же сила тяги 
F (Н) и скорость v (м/с) ленты.

Искомую мощность P (Вт) 

электродвигателя определяют из 
выражения

 

P
T
F v
=
=
p
p
ω

η
η ,

где η — коэффициент полезного действия (КПД) привода, равный 
произведению частных КПД передач, входящих в кинематическую 
схему:

η = η1 η2 η3 ... ηk.

Значения КПД передач отдельных типов приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1. Значения КПД механических передач

Передача
КПД

Зубчатая в закрытом корпусе (редуктор): 

цилиндрическими колесами 
коническими колесами 

Зубчатая открытая 
Червячная в закрытом корпусе при числе витков 
(заходов) червяка: 

z1 = 1 
z1 = 2
z1 = 4

0,97–0,98
0,96–0,97
0,95–0,96

0,70–0,75
0,80–0,85
0,85–0,95

Цепная закрытая 
Цепная открытая 
Ременная: 

плоским ремнем 
клиновыми ремнями

0,95–0,97
0,90–0,95

0,96–0,98
0,95–0,97

П р и м е ч а н и е. Потери на трение в опорах каждого вала 
учитываются множителем η0 = 0,99÷0,995.

§ 1.3. ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Мощность электродвигателя, подбираемого для проектируемого 

привода, должна быть не ниже той, которая определена по формуле 
(1.1). Из существующих типов двигателей выбирают преимущест-

(1.2)

(1.1)
Рис. 1.1. Кинематическая 
схема привода ленточного 

конвейера



венно асинхронные электродвигатели трехфазного тока единой 
серии 4А.

На рис. 1.2 представлена характеристика асинхронного двигателя 

трехфазного тока, выражающая зависимость частоты вращения n 
(об/мин) вала двигателя от величины вращающего момента Т (Н • м). 
По оси абсцисс отложены значения Tном — номинального вращающе-
го момента, Тпуск — пускового или начального вращающего момента, 
развиваемого при пуске двигателя, Тmax — максимального кратковре-
менного момента; по оси ординат отложены значения частот враще-
ния: номинальной nном, критической nкр и синхронной nс, развиваемой 
при отсутствии нагрузки и равной частоте вращения магнитного поля; 
она зависит от частоты тока f и числа пар полюсов р:

n
f

p
c = 60
;

соответствующая угловая скорость, рад/с,

ω
π

c

f

p
= 2
.

При стандартной частоте тока 

f = 50 с–1 и числе пар полюсов p = 
= 1÷6 синхронная частота враще-
ния nс будет равна соответственно 
3000; 1500; 1000; 750; 600 и 500 
об/мин. Для приводов, разрабаты-
ваемых в курсовых проектах, ре-
комендуется выбирать двигатели 
с числом полюсов не более вось-
ми, а лучше — не более шести, 
т.е. с p  ≤ 3 и nc ≥ 1000 об/мин.

При возрастании нагрузки 

частота вращения вала двигателя 
уменьшается вследствие скольже-
ния s, определяемого по формуле

s
n
n

n

c

c

=
− ,

откуда

n = nс (1 – s).

Рис. 1.2. Характеристика асин-
хронного двигателя трехфаз-

ного тока



При пуске двигателя Т = Тпуск (или Тнач), s = 1 и n = 0; при но-

минальном режиме Т = Tном  s = 0,02÷0,05; nном ≈ (0,98÷0,95) nc; при 
отсутствии нагрузки Т = 0, s = 0; n = nс.

Технические данные асинхронных электродвигателей единой 

серии 4А в закрытом обдуваемом исполнении приведены в таблицах 
приложения.

§ 1.4. ПЕРЕДАТОЧНОЕ ОТНОШЕНИЕ ПРИВОДА

В исходных данных на курсовое проектирование привода указы-

вают частоту вращения nр (об/мин) рабочего приводного вала или 
же диаметр D (м) барабана конвейера и скорость v (м/с) ленты; по 
этим данным находят

n
v
D
c = 60

π
,

определяют общее передаточное отношение всего привода i = nном/nр 
и намечают ориентировочно значения частных передаточных отно-
шений передач, входящих в привод, так, чтобы произведение их было 
равно общему передаточному отношению: i1 i2 ... iк = i.

Средние значения ii для зубчатых передач равны 2—6, для червяч-

ных передач 8—80, цепных 3—6, ременных 2—4.

Уточненные значения передаточных отношений конкретных 

видов передач приведены в гл. III, IV и V.

Пример. Провести кинематический расчет привода, показанного 

на рис. 1.1. Исходные данные: диаметр барабана D = 500 мм; тяговая 
сила F = 4 •103 Н; скорость ленты v = 0,8 м/с.

Требуется подобрать асинхронный электродвигатель трехфазного 

тока, определить передаточное отношение всего привода и частные 
передаточные отношения каждой передачи.

Решение
Принимаем значения КПД по табл. 1.1:
ременной передачи η1 = 0,98;
зубчатой пары η2 = 0,98;
цепной передачи η3 = 0,96;
коэффициент, учитывающий потери на трение в опорах трех 

валов ηо

3 = 0,993.

КПД всего привода η = η1 η2 η3 ηо

3 = 0,98 • 0,98 • 0,96 • 0,993 = 

= 0,89. Требуемая мощность электродвигателя по формуле (1.1)

P
F v
=
=
⋅
⋅
=
⋅
η

4 10
0 8

0 89
3 6 10

3

3
,

,
,
.
Вт

Частота вращения вала барабана

n
v
D
p
об / мин
=
=
⋅
⋅
=
60
60 0 8
3 14 0 5
30 5
π

,

,
,
,
.

По данным табл. П1 приложения подходят электродвигатели 

четырех марок: 4А100S2УЗ: Р = 4 кВт, nс = 3000 об/мин, s = 3,3%; 
4А100L4УЗ: Р = 4 кВт, nс = 1500 об/мин, s = 4,7%; 4А112МВ6УЗ: 
Р = 4 кВт, nс = 1000 об/мин, s = 5,1%; 4А132S8УЗ: Р = 4 кВт, nс = 
= 750 об/мин, s = 4,1%.

При выборе первого из указанных двигателей с nс = 3000 об/мин 

возникнут затруднения в реализации большого передаточного числа 
порядка 100; двигатель с nс = 750 об/мин имеет большие габариты и 
массу; предпочтительнее двигатели с nс = 1500 и 1000 об/мин.

Номинальные частоты вращения валов этих двигателей будут 

соответственно:

а) nном = nс (1 – s) = 1500(1 – 0,047) = 1430 об/мин;
б) nном =1000(1 – 0,051) = 949 об/мин.
Передаточное отношение привода в случае варианта «а»

i
n
n
=
=
≈
ном

р

1430
30 5
47
,
;

для варианта «б»

i =
≈
949
30 5
311
,
, .

Разбивка общего передаточного отношения привода допускает 

много решений. Например, для варианта «а» можно принять

i1 = 2,5; i2 = 5; i3 = 3,8; i = 2,5•5•3,8 = 47,5;

для варианта «б»

i1 = 2; i2 = 4; i3 = 3,9; i = 2•4•3,9 = 31,2.

Намеченные передаточные отношения в дальнейшем уточняются 

в соответствии с указаниями, приведенными в гл. III, IV и V, причем 
отклонение от расчетного передаточного отношения привода не 
должно превышать ±3%.