Детали машин

T E R R A  M E C H A N I C A

Д Е Т А Л И  М А Ш И Н

Допущено 
Учебно-методическим объединением вузов  
по университетскому политехническому образованию 
в качестве учебника для студентов
высших учебных заведений, обучающихся
по направлениям подготовки
150700 «Машиностроение»
и 151000 «Технологические машины  
и оборудование»

Издание 4-е, переработанное и дополненное

Под редакцией О. А. Ряховского 

Москва

УДК 621.81(075.8) 
ББК 34.41 
 Д38 

А в т о р ы: 
Л.А. Андриенко, Б.А. Байков, М.Н. Захаров, С.А. Поляков, 
О.А. Ряховский, В.П. Тибанов, М.В. Фомин 

Рецензенты: 
 
кафедра «Машиноведение и детали машин»  
Московского авиационного института  
(национального исследовательского университета);  
зав. отделом «Трение, износ и смазка. Трибология» ИМАШ РАН 
д-р техн. наук, проф. Ю.Н. Дроздов;  
зав. кафедрой «Колесные машины» МГТУ им. Н.Э. Баумана  
д-р техн. наук, профессор Г.О. Котиев 
 
Детали машин : учебник для вузов / [Л. А. Андриенко,   
Б. А. Байков, М. Н. Захаров и др.] ;  под  ред. О. А. Ряховского. 
— 4-е изд., перераб. и доп. — Москва : Издательство МГТУ  
им. Н. Э. Баумана, 2014. — 465, [7] с. : ил.  
ISBN 978-5-7038-3939-3 
Изложены основы теории, расчета и принципы конструирова-
ния деталей и узлов машин общего назначения: разъемных и неразъ-
емных соединений, передач зацеплением и трением, подшипников 
скольжения и качения, валов и муфт приводов. В четвертое издание 
(3-е — в 2007 г.) внесены исправления и дополнения. 
Содержание учебника соответствует программе и курсу лек-
ций, который авторы читают в МГТУ им. Н.Э. Баумана. 
Для студентов технических университетов, обучающихся по 
программам специалиста, магистра, бакалавра. В зависимости от 
программы обучения и направления подготовки студенты могут 
использовать необходимые разделы учебника. Может быть полезен 
аспирантам и преподавателям, а также специалистам в области ма-
шиностроения. 

УДК 621.81(075.8) 
ББК 34.41 
  
       Оформление. Издательство  
ISBN 978-5-7038-3939-3        
                   МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014 

Д38 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Четвертое издание (3-е — в 2007 г.) учебника написано в соот-
ветствии с программой дисциплины «Основы конструирования 
деталей и узлов машин» для студентов машиностроительных спе-
циальностей вузов и охватывает ряд общих вопросов, касающихся 
критериев работоспособности, расчетов и конструирования узлов 
и деталей машин в целом. 
Рассмотрены теория и расчеты разъемных и неразъемных со-
единений различных типов, передач зацеплением и трением, валов 
и осей, подшипников качения и скольжения, муфт приводов, сма-
зывания, изнашивания, а также смазочных устройств и др. Боль-
шое внимание уделено вопросу контактной прочности. 
Дисциплина «Основы конструирования деталей и узлов ма-
шин» является необходимой при подготовке конструкторов широ-
кого профиля — создателей новой техники. 
Учебник написан в соответствии с принятой классификацией 
деталей машин (соединения, передачи, валы, опоры, муфты приво-
дов) и отражает современное состояние основ конструирования 
машин и перспективные тенденции. Предназначен для студентов 
технических университетов, обучающихся по программам специа-
листа, магистра, бакалавра. В зависимости от программы обучения 
и направления подготовки студенты могут исользовать необходи-
мые разделы учебника. 
В обсуждении и написании первого издания настоящего учеб-
ника неоценимую помощь авторам оказал их учитель Дмитрий 
Николаевич Решетов. Авторы благодарны Леониду Николаевичу 
Сыроветникову за участие в написании главы «Фрикционные пере-
дачи и вариаторы», вошедшей уже в первое издание учебника, а так-
же Олегу Павловичу Леликову и Людмиле Петровне Варламовой за 
тщательный просмотр рукописи третьего издания и ценные замеча-
ния по ее улучшению. 
Авторы 4-го издания учебника: Л.А. Андриенко — п. 11.15 и 
11.16, гл. 12; Б.А. Байков — гл. 2, 3, 15; М.Н. Захаров — гл. 4;  
С.А. Поляков — гл. 9; О.А. Ряховский — гл. 1, 10, п. 11.1–11.14, гл. 
13, 14, 16, 19; В.П. Тибанов — гл. 5–8, 16; М.В. Фомин — гл. 17, 18. 

 

Г л а в а  1  
 
ВВЕДЕНИЕ В КУРС «ДЕТАЛИ МАШИН».  
КОНТАКТНАЯ ЗАДАЧА 

1.1. Общие сведения 

Все основные рабочие процессы осуществляются машинами. 
Современные машины значительно повышают производительность 
труда человека и решают задачи, порой непосильные для человека. 
Мощность энергетических машин достигла миллионов киловатт, 
скорость самолетов превысила скорость звука, мощные вычисли-
тельные машины способны выполнять сотни миллионов операций в 
секунду, люди могут перемещаться в космическом пространстве, они 
осуществили посадку на Луне и полет на планету Марс. 
Детали машин — это составные части машин*. 
Дисциплина «Основы конструирования деталей и узлов машин» 
охватывает описание условий работы, расчеты и конструирование 
отдельных деталей, их комплексов (узлов, сборочных единиц), объ-
единенных общими сборочными операциями и назначением.  
Конструирование — это творческий процесс создания опти-
мального варианта машины в документах (главным образом в чер-
тежах) на основе теоретических расчетов, конструкторского, тех-
нологического и эксплуатационного опыта.  
Детали машин подразделяют на детали общемашиностроитель-
ного применения, составляющие большинство, и специфические — 
для отдельных машин (например, механизм управления крылом са-
молета, грузозахватные устройства подъемно-транспортных машин). 
В курсе «Детали машин» рассматривают детали первой группы. 
Комплексы деталей машин классифицируют по назначению: 
соединения, передачи, подшипники, муфты, смазочные и уплотни-
тельные устройства, упругие элементы и корпусные детали.  
—————— 
* В узком понимании термина — это детали, изготовляемые без сборочных 
операций. 

1.2. Критерии работоспособности и расчета 

7 

История использования деталей машин начинается с глубокой 
древности. Известно применение пружин в луках для метания 
стрел, лучкового возвратно-вращательного привода — для добывания 
огня, катков — для перемещения тяжестей. 
Существенная часть простых деталей машин (металлические 
цапфы, примитивные зубчатые колеса, винты, кривошипы, полиспасты) 
была известна до Архимеда. Эпоха Возрождения в значительной 
степени была ознаменована работами Леонардо да Винчи. 
Он создал новые механизмы: зубчатые колеса с перекрещивающимися 
осями, шарнирные цепи, подшипники качения. Уже тогда 
применяли канатные и ременные передачи, грузовые винты, шарнирные 
муфты. 
Эвольвентное зубчатое зацепление было предложено Л. Эйлером 
в середине XVIII в., но широкое применение этих зубчатых 
передач началось в конце XVIII в. с освоения эффективного изготовления 
их методом обкатки. 
Первые патенты на шарикоподшипники были выданы в Англии 
в 1772 и 1778 гг., но централизованное производство началось 
в Германии (1883) и в США (1889). 
Важным российским вкладом в создание механических конструкций 
является разработка дуговой электрической сварки 
Н.Н. Бенардосом (1882) и Н.Г. Славяновым (1888). Существенный 
вклад отечественных ученых в разработку передач зацеплением 
внес М.Л. Новиков (круговинтовые передачи). 

1.2. Критерии работоспособности и расчета,  
точность деталей машин 

Детали машин выходят из строя по различным причинам, которые 
определяются условиями эксплуатации деталей. Причины 
отказа отдельных деталей передач, соединений и т. п. называют 
критериями работоспособности. Приведем основные критерии 
работоспособности. 
Прочность — способность детали выдерживать приложенные 
нагрузки без разрушения — является обязательным и важнейшим 
критерием работоспособности деталей машин. Рассматривается 
прочность по характеру нагрузок: статическая, усталостная и 
ударная. 
Различают следующие виды нагрузок в машинах: 
1) постоянные нагрузки, действующие в машинах (например, 
силы начальной затяжки винтов, вес деталей, давление жидкости 
или газа в стационарно работающих машинах); 

Глава 1. Введение в курс «Детали машин». Контактная задача 

8 

2) переменные нагрузки с постоянной амплитудой, называемые 
стационарными переменными нагрузками; 
3) переменные нагрузки с переменной амплитудой, называе-
мые нестационарными переменными нагрузками; 
4) переменные нагрузки со случайными амплитудами, обу-
словленные природными факторами (порывами ветра, ударами 
волн), случайными колебаниями оснований, неровностями дороги, 
неоднородностями обрабатываемой среды, воздействием рабочих 
процессов, в том числе тяговой силы реактивных летательных ап-
паратов; 
5) ударные нагрузки в машинах ударного действия или дру-
гих машинах, возникающие вследствие погрешностей изготов-
ления.  
Предварительные расчеты на прочность обычно выполняют по 
допускаемым номинальным напряжениям. Точные расчеты дета-
лей отражают характер изменения напряжений, концентрацию 
напряжений, влияние размеров, шероховатость и вид упрочнения 
поверхности. 
Жесткость — способность деталей сопротивляться изменению 
формы под действием сил. Жесткость определяется собственными 
упругими деформациями деталей, которые вычисляют по формулам 
сопротивления материалов, и контактными деформациями, рассчи-
тываемыми при начальном контакте деталей по линии или в точке 
по формулам Герца, а при начальном контакте по площади — с по-
мощью экспериментальных данных. 
Износостойкость — способность материала деталей оказы-
вать сопротивление изнашиванию. Износостойкость определяется 
видом трения (скольжения или качения), наличием и видом сма-
зочного материала, режимом трения (жидкостным, полужидкост-
ным, граничным или сухим) и уровнем защиты поверхностей тре-
ния от загрязнений. Износостойкость актуальна, так как до 90  
деталей выходят из строя в результате изнашивания. 
Виброустойчивость — сопротивление появлению в машинах 
вредных динамических нагрузок в виде вынужденных колебаний и 
автоколебаний (колебаний, вызываемых ими самими при трении, 
резании и т. п.). 
Теплостойкость — свойство деталей сохранять работоспо-
собность в машинах с большим выделением теплоты в рабочем 
процессе (тепловые и электрические машины, машины для горя-
чей обработки металлов). Теплостойкость ограничивает работо-
способность машин в результате понижения прочности материала 

1.4. Стандартизация 

9 

при нагреве, снижения несущей способности масляного слоя в  
парах трения и снижения точности в результате температурных 
деформаций. Например, температурные деформации лопаток тур-
бин могут вызвать выборку зазоров и аварию машины. 
Коррозионная стойкость — способность металлов сопротив-
ляться химическому или электрохимическому разрушению по-
верхностных слоев и коррозионной усталости. Коррозионная 
стойкость определяется сроком службы машин в коррозионной 
среде. Способы борьбы — специальное легирование материалов 
или нанесение покрытия. 
Точность — способность машин работать в заданных пре-
делах возможных отклонений параметров, например размеров. 
Точность — один из важнейших показателей качества деталей 
машин, влияющий на работоспособность и надежность машин и 
механизмов. Она диктуется требуемой точностью рабочего про-
цесса машины и нормальной работой механизмов. Точность из-
готовления и сборки машин определяет предельные скорости 
рабочего процесса, например скорость транспорта. 

1.3. Надежность машин 

Надежность — свойство объекта выполнять в течение заданно-
го времени (или заданной наработки) свои функции, сохраняя в за-
данных пределах эксплуатационные показатели. Надежность изделий 
обусловливается их безотказностью, долговеч-ностью, ремонтопри-
годностью и сохраняемостью. 
Роль надежности машин непрерывно возрастает, что связано с 
повышением сложности, напряженности и быстроходности ма-
шин, расширением объектов совместной автоматизации (от прос-
того механизма до автоматизированного цеха). 

1.4. Стандартизация 

Стандартизация играет большую роль в развитии человечест-
ва. Если бы не было стандартизации, то при проектировании новой 
машины пришлось бы бóльшую часть деталей машин (болты, 
подшипники качения и др.) изготовлять в условиях индивидуаль-
ного или мелкосерийного производства. Вместо испытаний мате-
риалов стандартных марок потребовалось бы гораздо больше ис-
пытаний, что осложнило бы кооперацию между предприятиями, 
отраслями и странами. Стандартизация принципиально сокращает 
необходимый типаж машин и других изделий.  

Глава 1. Введение в курс «Детали машин». Контактная задача 

10 

Распространение стандартизации на группы машин потребо-
вало разработки типажа машин с взаимной увязкой их основных 
параметров (в частности, мощности электродвигателей, грузо-
подъемности грузовых автомобилей и т. п.). 
Широкое развитие стандартизации нашло применение в кон-
струировании оружия. 
Стандарты подразделяют на международные (ИСО), государ-
ственные (ГОСТ) и ведомственные. К настоящему времени на 
продукцию общемашиностроительного применения разработаны 
сотни стандартов. 
Принципиальным положением стандартизации являются пред-
почтительные числа и ряды чисел. Они существенно сокращают 
число оригинальных деталей или их параметров. 
Предпочтительные числа — это ряд чисел геометрической 
прогрессии 
k
k
a
a
   (a — первый член ряда нулевого номера; k — 

порядковый номер) со знаменателем 
10,
n
 
 где n принимает 
значения 5, 10, 20, 40. Соответственно обозначают ряды чисел R5, 
R10, R20, R40 ( = 1,6 1,25 1,12 1,06). 
Агрегатирование в машиностроении — построение машин из 
нормализованных целевых агрегатов, узлов и деталей, связанных в 
единую систему и изготовляемых централизованно. Агрегатирование 
широко распространено в станкостроении, особенно для многошпин-
дельных сверлильных и расточных станков. 
Сертификация машин  —  проверка и удостоверение их показа-
телей, гарантирующих качество. Обязательная сертификация машин 
проводится в соответствии с требованиями стандартов, которые 
можно проиллюстрировать на примере металлорежущих станков, 
имеющих большое число типов и их модификаций, — это безопас-
ность конструкций, электробезопасность, электромагнитная совме-
стимость, уровень шума и вибрации, содержание вредных веществ в 
воздухе рабочей зоны, эргономические параметры и энергоэффек-
тивность. 
Работу по сертификации машин проводят  органы по сертифи-
кации. 
Кроме системы сертификации РФ существует международная 
система сертификации, которая проверяет соответствие показате-
лей объектов международным нормам.