Расчет и основы конструирования деталей машин. В 2 томах

Учебник

В двух томах

Том 1 

исходные положения. Соединения деталей машин. 

Детали передач

Москва
КУРС 

ИНФРА-М 

РаСчеТ и оСноВы 
конСТРУиРоВания 

ДеТалей машин

Допущено

Министерством образования Российской Федерации 

в качестве учебника для студентов высших учебных заведений,  

обучающихся по направлению подготовки 2.15.03.05 

«Конструкторско-технологическое обеспечение 

машиностроительных производств» (квалификация «бакалавр»)

Ю.е. ГУРеВич

а.Г. СХиРТлаДЗе 

УДк 621.81(075.8)
ббк 34.44я73
 
Г95

Гуревич Ю.е., Схиртладзе а.Г.
Расчет и основы конструирования деталей машин : в 2 т. Том 1. 

Исходные положения. Соединения деталей машин. Детали передач:
учебник/Ю.Е.Гуревич, А.Г.Схиртладзе.—Москва: КУРС: 

ISBN 978-5-906923-61-5 (КУРС, общ.)
ISBN 978-5-906923-29-5 (КУРС)
ISBN 978-5-16-012776-7 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-102548-2 (ИНФРА-М, online)

В учебнике изложены основы теории расчета и конструирования деталей 
и узлов общемашиностроительного применения при проектировании 
с рассмотрением их критериев работоспособности. Приводятся необходимые 
сведения по конструированию и расчету разъемных и неразъемных 
соединений, а также деталей передач: валов, подшипников скольжения и 
качения и муфт различного назначения. 

Для студентов учреждений высшего профессионального образования. 

Учебник может быть полезен аспирантам и преподавателям, а также спе-
циалистам в области машиностроения.

УДК 621.81(075.8)
ББК 34.44я73

Г95

ISBN 978-5-906923-61-5 (КУРС, общ.)
ISBN 978-5-906923-29-5 (КУРС)
ISBN 978-5-16-012776-7 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-102548-2 (ИНФРА-М, online)

ФЗ 

№ 436-ФЗ

Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

© Гуревич Ю.Е., Схиртладзе А.Г., 2017
© КУРС, 2017

Р е ц е н з е н т ы:
Фирсанов В.В., д-р техн. наук, проф., заведующий кафедрой «Машиноведе-

ние и детали машин» ГОУ/ВПО «Московский авиационный институт (техниче-
ский университет)»;

Глазунов В.А., д-р техн. наук, проф., директор Института машиноведения 

(ИМАШ РАН)

Предисловие

Машины и механизмы состоят из большого числа деталей. Число 
деталей в каждой машине исчисляется сотнями, а нередко тысячами. 
Например, в простейшей углепогрузочной машине содержится более 
3 тыс. деталей, в автомобиле (включая двигатель) — примерно 16 тыс. 
деталей, в карусельно-токарном станке с диаметром обработки до 
13 м — более 20 тыс. деталей, в гидротурбине Куйбышевской ГЭС — 
более 50 тыс. деталей, а рельсобалочный стан собирается более чем 
из 1,5 млн деталей 400 тыс. наименований. 
Под деталями понимаются составные части машин, получаемые 
без сборочных операций из материала одной марки. Простыми де-
талями являются гайка, шпонка и др., а сложными — вал, корпус 
и т.д. 
Совокупность совместно работающих деталей, представляющих 
собой конструктивно обособленные единицы, объединяемые общим 
назначением, являются узлами машины, например подшипники, 
муфты и т.д.
С помощью разъемных и неразъемных соединений деталей и уз-
лов образуются сборочные единицы.
Система взаимосвязанных сборочных единиц, предназначенная 
для преобразования и изменения движения, образует механизмы 
(кулачковый, кривошипный и др.).
Совокупность механизмов, образующая функционально-замкну-
тую систему преобразования энергии, материалов или информации, 
является машиной. 
В зависимости от выполняемых функций различают энергетиче-
ские машины (электродвигатели, двигатели внутреннего сгорания, 
турбины и др.) и рабочие машины: технологические (металлорежу-
щие станки, прокатные станы и др.), транспортные (автомобили, 
тепловозы и др.) и транспортирующие (конвейеры, краны и др.). От-
дельную группу составляют машины-автоматы и, в частности, ро-
боты.
Из анализа конструкций различных машин следует, что большин-
ство деталей и узлов являются типовыми для всех машин, что делает 
целесообразным их изучение в самостоятельном курсе «Детали ма-
шин» или «Основы конструирования машин», и лишь немногие де-
тали, которые могут считаться специфическими для машин различ-

ного назначения, изучаются в спецкурсах — «Металлорежущие 
станки», «Кузнечно-прессовое оборудование», «Автомобили» и т.д.
В совокупности эти курсы показывают, что нельзя построить ни 
одну машину, не умея рассчитывать и конструировать ее детали как 
общего, так и специального назначения.
Впервые курс «Детали машин» был прочитан профессором 
В.Л. Кирпичевым (1845–1913) в 1881 г., который ввел следующее 
определение: «Под деталями машин понимаются те детали и узлы, 
которые более или менее часто встречаются во всех машинах».
В дальнейшем этот курс получил свое развитие в трудах проф. 
П.К. Худякова (1857–1936), А.И. Сидорова (1866–1931), М.А. Саве-
рина (1891–1952) и др.
Основы конструирования машин (ОКМ) — это наука, изучающая 
конструкции деталей и узлов, являющихся типовыми для различных 
машин, приспособлений и приборов, а также методы их расчета ис-
ходя из условий рациональной эксплуатации.
Основы конструирования машин — это научная дисциплина, за-
дача которой заключается в создании и изложении научно обосно-
ванных методов, правил и норм расчета и конструирования деталей 
машин и сборочных единиц исходя из заданных условий работы, т.е. 
в придании деталям наивыгоднейших формы и размеров, выборе 
необходимых материалов, установлении степени точности, качества 
поверхности и технических условий изготовления, обеспечении пра-
вильного монтажа и эксплуатации.
Курс ОКМ является первым из расчетно-конструкторских курсов, 
в которых изучаются основы проектирования. Базируется он на сле-
дующих общетехнических дисциплинах: «Теоретическая механика», 
«Теория механизмов и машин», «Сопротивление материалов 
и теория упругости», «Материаловедение», «Технологическое проек-
тирование», «Нормирование точности», «Черчение» — и является 
завершающим в цикле общетехнической подготовки студентов.
Главное достоинство проводимых в курсе ОКМ расчетов состоит 
в том, что они в максимальной степени приближены к реальным 
условиям эксплуатации детали в машине и учитывают такие фак-
торы, как точность изготовления, характер сопряжения деталей 
между собой, условия работы конструкции, износостойкость, требу-
емая долговечность и т.д. Следовательно, расчет деталей машин 
нельзя рассматривать как задачу, сводящуюся только к подстановке 
в формулы исходных данных. В ходе такого расчета необходимо вы-
брать материал, соответствующий указанным условиям работы де-
тали, назначить ее термообработку, регламентировать технологию 

и точность изготовления, выбрать коэффициенты запаса прочности 
и жесткости, учесть стоимость и другие факторы. 
Нередко бывают случаи, когда строгий теоретический расчет де-
тали оказывается практически невыполнимым, поэтому в курсе 
ОКМ достаточно часто вводятся в расчетную практику чисто эмпи-
рические или полуэмпирические зависимости и соотношения, ос-
нованные на опыте проектирования и эксплуатации аналогичных 
деталей и узлов в тех или иных машинах.

Примечание. История использования деталей машин начинается 
с давних времен (клип, каток, лучкавый возвратно-вращательный 
привод для добывания огня).
Первые известные труды в области деталей машин принадлежат 
Архимеду и Леонарду да Винчи с описанием простейших механических 
устройств. 
Основы теории расчета деталей машин были заложены исследованиями 
в области теории зацеплений (Л. Эйлер, Х.И. Гохман), теории 
переменных передач (Л. Эйлер), гидродинамической теории смазки 
(И.П. Петров, О. Рейнольдс, Н.Е. Жуковский) и др.

Введение

Особенностью курса «Детали машин» является его неоднородная 
структура, обусловленная недостаточным развитием обобщающей 
теории, большим удельным весом эмпирических зависимостей и недостатком 
экспериментальных исследований. 
В связи с этим является целесообразным выделение основных 
предпосылок к выполнению расчетов и конструирования в отдельную 
часть курса. Такое построение позволяет одни и те же исходные 
положения и зависимости использовать при расчете и конструировании 
несхожих по назначению деталей и узлов машин. 
В качестве самостоятельных следует выделить проблемы, связан-
ные с выбором расчетной схемы (модели) и проведением для нее 
схематизации свойств материала, внешней нагрузки и геометриче-
ской формы, а также с оценкой критериев работоспособности дета-
лей и узлов машин и обеспечением с их учетом равнопрочности кон-
струкции. 
В основе расчета многих деталей и узлов машин одними из важ-
ных являются вопросы распределения нагрузок в зонах взаимодей-
ствия звеньев, что связано с точностью кинематической пары, 
ее конструктивной жесткостью и условиями работы. Сюда входят 
вопросы влияния деформаций и погрешностей изготовления на рас-
пределение нагрузки в зоне сопряжения звеньев (подшипники 
скольжения, фрикционные и зубчатые передачи), а также между 
звеньями кинематической пары (зубьями в зубчатой передаче, вит-
ками резьбы и т.д.). Более точная оценка распределения нагрузки 
обеспечивает повышение надежности проектируемой конструкции. 
Соединения, обеспечивающие неподвижные связи, служат для 
предотвращения относительного перемещения деталей путем объ-
единения двух и более звеньев в одно звено. В соединениях, реали-
зующих механические связи, используются дополнительные детали 
(болты, гайки, штифты, зацепления и др.) или силы трения на со-
пряженных поверхностях (соединения с натягом). Для реализации 
молекулярно-механических связей применяются сварка, пайка, 
склеивание и др.
Детали передач — валы, опоры валов и муфты — влияют на рабо-
тоспособность механизмов в части обеспечения их точностных, 
жест костных и прочностных характеристик в пределах заданных, что 
требует тщательного подхода к их выбору и расчету. 

Часть I
Исходные ПоложенИя 
ПроектИроВанИя деталей 
И узлоВ машИн

Глава 1
ПроектИроВанИе машИн  
И Их состаВных элементоВ

1.1. Изделия машиностроения,  
составные элементы машин

Результатом разработки новых изделий является само изделие, 
которое относится к сфере материальных объектов и служит для удо-
влетворения требований производства и потребностей человека. 
Сама разработка нового изделия — это особый этап, относящийся 
к сфере умственной деятельности человека. Таким образом, проек-
тирование и конструирование служат одной цели: разработке нового 
изделия, которое не существует или существует в другой форме 
и имеет иные параметры. Проектирование и конструирование — 
виды творческой деятельности, в результате которой в сознании раз-
работчика создается конкретный образ, подвергающийся мыслитель-
ным экспериментам, включающим перестановку составных частей 
или замену их другими элементами. Одновременно оценивается эф-
фект внесенных изменений, определяется, как эти изменения могут 
повлиять на окончательный результат, вследствие чего исходный об-
раз принимает окончательный технически обоснованный вид.
Разработка нового изделия, составными частями которого явля-
ются проектирование и конструирование, включает в себя также 
разработку технологии изготовления, материально-техническое 
обеспечение и организацию производства. Будучи исходным этапом, 
разработка нового изделия оказывает существенное влияние на все 
последующие стадии жизненного цикла продукции: изготовление, 

обращение или реализацию, эксплуатацию или потребление, разру-
шение или преобразование, утилизацию.
Понятие изделие также имеет широкий диапазон значений. Под 
изделием подразумеваются все объекты материального производства 
и их составные части, подлежащие изготовлению: машины, техно-
логическое оборудование, механизмы, приборы, функциональные 
системы и др. 
Иногда определенные изделия называют конструкциями, подра-
зумевая под этим понятием нечто конкретное. Конструкция опреде-
ляет взаимное расположение частей изделия и является одним из 
основных свойств изделия, позволяющих отличить одно изделие от 
другого.

1.2. классификация деталей и узлов машин 
по назначению

Основными частями машины являются двигательный, передаточ-
ный, исполнительный механизмы и система управления (СУ).
В качестве двигательных механизмов в механических системах 
используются электродвигатели, а в гидравлических и пневматиче-
ских системах — насосы и компрессоры. Передачи могут быть меха-
ническими, гидравлическими, пневматическими, электрическими.
Машину можно представить как совокупность механизмов, узлов 
и составляющих их деталей. В зависимости от применения в сбороч-
ных единицах детали и узлы подразделяются на элементы общего 
назначения (болты, зубчатые колеса, валы, подшипники и др.) и эле-
менты специального назначения (воздушный винт, шпиндель, пор-
шень, ходовые колеса и др.).
Рассмотрим классификацию элементов общего назначения.
1. Соединения и соединяющие детали предназначены для фиксации 
взаимного положения деталей и объединения их в сборочные еди-
ницы и узлы.
Соединения бывают неподвижными и подвижными. Неподвижные 
соединения, изучаемые обычно в курсе «Детали машин и основы 
конструирования», подразделяются на разъемные и неразъемные. 
К неразъемным соединениям, которые невозможно разъединить без 
их разрушения, повреждения или пластической деформации, отно-
сятся сварные, заклепочные, паяные, клеевые соединения и соеди-
нения с натягом. Разъемными соединениями являются, например, 
резьбовые и соединения типа вал–ступица (шпоночное, шлицевое, 
профильное и др.).

2. Передачи являются наиболее характерными для передаточных 
механизмов.
К ним относятся: передающие вращательное движение передачи 
зацеплением — зубчатые (цилиндрические, конические, планетар-
ные, волновые), червячные, винтовые, гипоидные, цепные и зубча-
тоременные; передачи трением — ременные и фрикционные (вари-
аторы); а также передачи, преобразующие движение, — рычажные, 
кулачковые передачи, передачи винт–гайка.
3. Детали передач. К ним относятся: валы и оси, поддерживающие 
вращающиеся детали (кроме того, валы передают вращающий мо-
мент); подшипники качения либо скольжения — опоры валов и осей, 
базирующиеся в корпусных деталях, либо опоры отдельно враща-
ющихся деталей; муфты, постоянно соединяющие валы, а также 
управляемые и самоуправляемые.
4. несущие и базирующие элементы. К ним относятся: направляю-
щие, поддерживающие поступательно движущиеся детали; корпусные 
и несущие детали — основные части механизмов, воспринимающие 
нагрузки (на них монтируются и базируются остальные детали и узлы).
5. Устройства для защиты от загрязнений (уплотнения, кожухи, 
крышки) и для смазывания (форсунки, штуцеры, жиклеры, трубо-
проводы).
6. Упругие элементы (пружины, рессоры, амортизаторы).

1.3. содержание и последовательность конструирования 
и расчета деталей машин. Виды расчетов

В процессе создания образцов новых технических систем разра-
батывается проект будущего изделия.
Проект — совокупность расчетов, чертежей и пояснений к ним, 
предназначенных для определения элементов конструкции и пара-
метров машины или механизма, а также для обоснования техниче-
ской и экономической целесообразности разрабатываемого изделия. 
Кроме того, проект включает в себя комплекс технических докумен-
тов, содержащих описание конструктивных решений с их обоснова-
нием, и чертежи, необходимые для изготовления машин, механиз-
мов, приборов и т.д.
Процесс разработки проекта называется проектированием. Важ-
нейшей составной частью проектирования механизмов и их элемен-
тов является конструирование, так как проектирование возможно 
только при предварительно принятых вариантах конструктивного 
исполнения.

Однако проектирование и конструирование — процессы разные. 
Проектирование представляет собой поиск научно обоснованных, 
технически осуществимых и экономически целесообразных инже-
нерных решений. Результатом проектирования является проект раз-
рабатываемого объекта.
Проектирование — это выбор некоторого способа действия, спо-
собного решать при определенных условиях и ограничениях постав-
ленную задачу.
конструирование — это логико-математический творческий про-
цесс поиска оптимального варианта структурного синтеза механизма 
(машины), форм и размеров их деталей и узлов, а также взаимосвязи 
отдельных элементов с учетом новых технологических достижений 
и возможностей производства. В процессе конструирования созда-
ются изображения изделия, рассчитывается комплекс его размеров 
с допустимыми отклонениями, устанавливаются технические требо-
вания к изделию и его частям, состоянию их поверхностей с выбором 
соответствующего материала, вида термообработки и т.д.; а также 
разрабатывается техническая документация.
Конструирование представляет собой творческий процесс созда-
ния оптимального варианта изделия в документах (главным образом 
в чертежах) на основе выполненных расчетов, а также конструктор-
ского опыта. В процессе конструирования создается конкретная (од-
нозначная) конструкция изделия.
конструкция — это чертежи, определяющие взаимное расположе-
ние, способ соединения и взаимодействие узлов и элементов меха-
низмов, машин, приборов с учетом их назначения, а также принцип 
работы последних.
Курсовой проект по деталям машин и основам конструирования 
(ДМ и ОК) имеет особое значение в процессе обучения, так как является 
первой самостоятельной комплексной расчетно-конструкторской 
работой и исходной ступенью для выполнения последующих 
курсовых и дипломного проектов.
В процессе курсового проектирования по ДМ и ОК студенты 
впервые знакомятся с методами и приемами конструирования, получают 
навыки самостоятельной работы со справочной и нормативно-
технической литературой при разработке и оформлении конструкторской (
графической и текстовой) документации. Выполнение 
проекта направлено также на развитие у студентов способности критической 
оценки различных вариантов конструкции и выбора наилучшего (
оптимального) и, следовательно, на приобретение навы-