Детали машин

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ 

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ 

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ 

«СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ДЕТАЛИ МАШИН 

 

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ  

(ПРАКТИКУМ) 

 

Направления подготовки 21.03.01 Нефтегазовое дело 

 

Направленность (профили): «Бурение нефтяных и газовых скважин», 

«Эксплуатация и обслуживание объектов добычи нефти»,  
«Сооружение и ремонт объектов систем трубопроводного  

транспорта», «Эксплуатация и обслуживание объектов добычи газа, 

 газоконденсата и подземных хранилищ» 

 

Квалификация выпускника – бакалавр 

 
 
 
 
 
 
 

Ставрополь 

2020 

Д Е Т А Л И  М А Ш И Н  

 

    2                                  П р а к т и к у м  

УДК 621.81 (075.8)
ББК 34.44 я73

Д 38

Печатается по решению 

редакционно-издательского совета
Северо-Кавказского федерального 

университета

 
 
 

Рецензенты: 

канд. техн. наук, доцент В. Г. Терещенко, 

канд. техн. наук, профессор кафедры А. В. Орлянский 

(Ставропольский аграрный университет) 

 
 
 
 

Д 38  Детали машин: учебное пособие (практикум) / сост.:  

В. Г. Копченков. – Ставрополь: Изд-во СКФУ, 2020. – 163 с. 

 

 

В практикуме основное внимание уделено изучению основ 

расчета и проектирования деталей и узлов общего назначения. 

Пособие по дисциплине «Детали машин» составлено в соот-

ветствии с требованиями образовательного стандарта высшего профессионального 
образования по направлению подготовки 21.03.01 
Нефтегазовое дело. Направленность (профиль) «Бурение нефтяных и 
газовых скважин», «Эксплуатация и обслуживание объектов добычи 
нефти», «Сооружение и ремонт объектов систем трубопроводного 
транспорта», «Эксплуатация и обслуживание объектов добычи газа, 
газоконденсата и подземных хранилищ». Квалификация выпускника – 
бакалавр. 

УДК 621.81 (075.8) 

ББК 34.44 я73 

 

Составитель: 

д-р техн. наук, профессор В. Г. Копченков 

 
 
 

© ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский  

федеральный университет», 2020 

Д Е Т А Л И  М А Ш И Н  

К о п ч е н к о в  В .  Г .                        3 

 
СОДЕРЖАНИЕ 

 
 

Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4

1. Расчет заклепочных соединений . . . . . . . . . . . . . . . . . 
2. Расчет резьбовых соединений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
3. Резьбовые соединения. Расчет резьбового соединения, 

нагруженного силами, сдвигающими детали в плоскости 
стыка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 

4. Прессовое соединение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5. Передача винт – гайка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
6. Кинематический и силовой расчет приводных 

станций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 

7. Определение допускаемых напряжений для расчета 

цилиндрических и конических зубчатых передач . . . . . . . . .

8. Проектный и проверочный расчет цилиндрических 

зубчатых зацеплений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9. Проектный и проверочный расчет конических 

зубчатых зацеплений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 

10. Проектный и проверочный расчет червячных 

зубчатых зацеплений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11. Изучение методики расчета и конструирование 

валов редукторных механизмов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12. Особенности конструирования цилиндрических, 

конических и червячных колес . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 

13. Определение опорных реакций вала . . . . . . . . . . . . .
14. Изучение методики подбора подшипников 

редукторных механизмов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

15. Изучение методики расчета шпоночных 

и шлицевых соединений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

16. Разработка и выполнение рабочих чертежей 

зубчатых колес . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17. Определение конструктивных параметров корпуса 

редуктора. Сборочный чертеж редуктора . . . . . . . . . . . . . . . . 

18. Расчет клиноременной передачи . . . . . . . . . . . . . . . .

5
12

19
25
35

41

50

60

74

86

100

108
115

119

126

136

145
151

Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
162

Д Е Т А Л И  М А Ш И Н  

 

    4                                  П р а к т и к у м  

 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

 
 

Практикум по дисциплине «Детали машин» состоит из 18 

практических работ. Основное внимание уделяется изучению методики 
расчета соединений деталей машин и конструирования элементов 
приводной станции.  

Профессиональная подготовка будущих бакалавров зависит не 

только от объёма полученных знаний, но и от умения самостоятельно 
применить эти знания на практике, умения анализировать 
научную и методическую литературу, делать выводы.  

Практическая работа также способствует формированию у бу-

дущих бакалавров самостоятельных навыков в приобретении новых 
знаний и их использовании в своей будущей профессиональной 
деятельности, развивает творческие способности, является 
стимулом к самообразованию.  

Все практические работы взаимосвязаны друг с другом и в ко-

нечном итоге формируют общий подход к расчету деталей машин. 
Для этого теоретические вопросы, решение задач, получение практических 
заданий подаются в форме, аналогичной форме выполнения 
РГР. Порядок проведения практических занятий согласован с 
подачей лекционного материала. 

Выполнение практических работ необходимо для освоения 

профессиональной компетенции ОПК-2: способность участвовать в 
проектировании технических объектов, систем и технологических 
процессов с учетом экономических, экологических, социальных и 
других ограничений. 

 

Д Е Т А Л И  М А Ш И Н  

К о п ч е н к о в  В .  Г .                        5 

1. РАСЧЕТ ЗАКЛЕПОЧНЫХ  
СОЕДИНЕНИЙ 

 
 

Цель работы: получение навыков расчета заклепочных швов. 
Знания, умения и владения, приобретаемые студентами в ре-

зультате освоения темы: ОПК-2. 

Актуальность темы. Заклепочные соединения являются незаме-

нимыми и уникальными по ряду своих характеристик, которые рассмотрены 
в работе. 

 
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 
Заклепочные соединения в недалеком прошлом были основ-

ным видом неразъемных соединений. Однако в настоящее время 
они почти полностью вытеснены сварными соединениями и применяются 
только там, где другие виды соединений невозможны. 

Заклепочное соединение осуществляется с помощью заклепок. 
Расчет заклепочного шва заключается в определении диаметра 

и числа заклепок, шага заклепочного шва, расстояния заклепок до 
края соединяемой детали и расстояния между рядами заклепок. 

Рис. 1.1. Заклепочный шов

Рассмотрим простейший

шов – однорядный односрез-
ный нахлесточный, показанный 
на рисунке 1.1, где d0 –
диаметр
поставленной
за-

клепки; δ – толщина листов;
р – шаг заклепочного шва; е
–
расстояние
заклепок
до

края листа; F – сила, действующая

на
заклепочный

шов;
[τС]
–
допускаемое

напряжение на срез для заклепок; [
σР] – допускаемое
напряжение
на
растяжение

для листов; [σСМ] – допускаемое 
напряжение на смятие
между заклепками и листами
и [τС΄] – допускаемое напряжение 
на срез для листов.

Д Е Т А Л И  М А Ш И Н  

 

    6                                  П р а к т и к у м  

Для данного заклепочного шва можно написать следующие 

условия прочности:  

на срез для заклепки 



С
2
0

С
d
F
4






;                                        (1.1) 

на смятие между заклепкой и листом 



СМ

0

СМ
d

F






;                                     (1.2) 

на растяжение и раздир листа по сечению а – а 



Р

0

Р
)
d
p
(

F







;                                 (1.3) 

на срез листа одновременно по двум сечениям b – b в предположении, 
что срез происходит по длине е – d0 /2, 



С

0

'
С

)
2
d
e
(2

F












.                                (1.4) 

Из уравнений (1.1) и (1.2) при [σСМ] = 1,6 [τС] следует, что диа-

метр заклепки d0 ≈ 2δ; соответственно принимают d0 = 2δ. 

Из уравнений (1.1) и (1.3) при [σ Р] = [τС] и d0 = 2δ следует, что 

шаг р ≈ 2,6 d0; нa практике обычно округляют шаг до р = 3 d0.. 

Из уравнений (1.1) и (1.4) при [τ΄С] = 0,8 [τС] и d0 = 2δ получим 

е ≈ 1,5 d0; на практике принимают е = (1,5… 2,0) d0.  

Таким же образом получают подобные соотношения для опре-

деления d0, p и е для других типов прочных заклепочных швов. 

После определения по вышеуказанным соотношениям разме-

ров заклепочного шва заклепки проверяют на срез: 



С
2
0

С
k
d

F
4









;                               (1.5) 

на смятие: 



СМ

min
0

СМ
d

F






,                              (1.6) 

где F – сила, действующая на одну заклепку; k – число плоскостей 
среза заклепок; δmin – наименьшая толщина соединяемых элементов. 

Необходимое число заклепок z в шве при симметрично дей-

ствующей нагрузке F определяют расчетом заклепок на срез по 
формуле 

Д Е Т А Л И  М А Ш И Н  

К о п ч е н к о в  В .  Г .                        7 



С

2
0
k
d

F
4
z









.                                       (1.7) 

Расчет группового заклепочного соединения сводится к опре-

делению максимальной нагрузки, приходящейся на одну заклепку 
и расчету ее как одиночной. Расчетные схемы составляются по 
правилам для групповых резьбовых соединений. 

 

Пример расчета 

Рис. 1.2. Заклепочный шов

Стыковой шов пла-

стин толщиной s и шириной 
b мм. Диаметр заклепок 
d мм и расстояние
между ними t мм. Шаг
заклепок
р.
Материал

пластин Ст3.

Найти
максималь-

ную передаваемую силу
F.

Дано: s = 6 мм, d = 

12 мм, p = 24 мм, b = 60
мм, n = 2.

 
Решение 
1. Максимальна разрывная сила в материале пластины.  
Уравнение прочности: 

,                         (1.8) 

где d – диаметр отверстия, S – толщина пластины, [σp] – допускаемое 
напряжение в пластине, b – ширина пластины, n – число заклепок, 
A = (b – nd)S – площадь разрыва. 

Допускаемое напряжение для Ст3 из таблиц А.1 и А.2 Прило-

жения А: 

[σp] = σT/s = 240/1,5 = 160 MPa; 

F = A × [σp] = S × (b – n × d) [σp] = 6 (60 – 2 × 12)160 =  

=34560 N = 34,5 kН. 

Д Е Т А Л И  М А Ш И Н  

 

    8                                  П р а к т и к у м  

2. Максимальная сила смятия для заклепки 
Уравнение прочности:  

,                        (1.9)  

где d – диаметр заклепки, S – толщина пластины, n – число заклепок 
для смятия, [σcm] – допускаемое напряжение смятия для пластины 
или заклепки в зависимости от прочности материала.  

Допускаемое напряжение смятия  
Для стальных заклепок Ст3 из таблиц А.1 и А.2 Приложения А: 

[σp] = σT/s = 200/1,25 = 160 MPa. 

Из таблицы 1.1  
[σcm] = 1,6[τcр] = 1,6 × 0,6 [σP] = 1,6 × 0,6 × 160 = 153,6 MPa. 
Известна площадь смятия для одной заклепки A = S d. 
Общая площадь  

A = n × d × S. 

Допускаемая сила 

F = A × [τcр] = n × d × S × [τcр] = 2 × 12 × 6 × 153,6 =  

= 22118,4 Н = 22,1 kН. 

3. Максимальная сила среза заклепок 
Уравнение прочности:  

, 

где τcр – напряжение среза, [τcр] – допускаемое напряжение среза, A 
– площадь среза, i – число площадей среза заклепок. 

Допускаемое напряжение для стальных заклепок из таблиц А.1 

и А.2 Приложения А:  

[τcр] = 0,6 [σP] = 0,6 × 160 = 100 MPa. 

Площадь среза  

A = πd2 /4, 

где d – диаметр заклепки. 

Допускаемая сила при срезе  

F = A i [τcр] = πd2 × i [τcр] /4 = 3,14 × 122 × 4 × 100 /4 =  

= 45216 N = 45,2 kН. 

Вывод. Минимальная сила, разрушающая соединение, опре-

деляется смятием заклепок.  

 
 
 
 

Д Е Т А Л И  М А Ш И Н  

К о п ч е н к о в  В .  Г .                        9 

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ 
Задание  

Рис. 1.3

Стыковой шов пла-

стин толщиной s и шириной 
b
мм.
Диаметр 

заклепок d мм и расстояние 
между ними t мм.
Шаг заклепок р. Материал 
пластин Ст3.

Найти 
максималь-

ную передаваемую силу 
F.

 

Таблица 1.1 

Исходные данные 

Величина
Варианты

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

d, мм
4
4
6
6
8
8
10
10
12
12

b, мм
150
200
160
200
120
140
200
220
200
320

l, мм
150
180
200
250
200
400
300
250
240
300

s, мм
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6

Материал
Ст3
Ст10
20
40
45
45
Ст3
Ст10
20
40

Величина
Варианты

11
12
13
14
15
16
17
18
19
20

d,мм
4
4
6
6
8
8
10
10
12
12

b, мм
150
200
160
200
120
140
200
220
200
320

l, мм
150
180
200
250
200
400
300
250
240
300

δ, мм
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6

Материал
40
20
Ст3
Ст10
Ст3
Ст10
20
40
45
20

 
Вопросы 
1. Какие напряжения возникают в заклепочном шве? 
2. Запишите уравнение прочности для расчета заклепочного 

соединения на срез. 

Д Е Т А Л И  М А Ш И Н  

 

    10                                  П р а к т и к у м  

3. Запишите уравнение прочности для расчета заклепочного 

соединения на смятие. 

4. Запишите уравнение прочности для расчета заклепочного 

соединения на отрыв. 

5. Запишите уравнение прочности для расчета заклепочного 

соединения на отрыв. 

6. Запишите уравнение прочности для расчета заклепочного 

соединения на раздир. 

 
Литература: 1, 4. 
 

Д Е Т А Л И  М А Ш И Н  

К о п ч е н к о в  В .  Г .                        11 

ПРИЛОЖЕНИЕ А 

 

Таблица А.1 

Соотношение допускаемых напряжений 

Соотношение

Допускаемое напряжение на растяжение
[σp] = σT/s

Допускаемое напряжение на срез
[τcр] = 0,6 [σP]

Допускаемое напряжение на смятие
[σСМ] = 1,6 [τС]

Коэффициент запаса прочности S
1,2 – 1,6

 

Таблица А.2 

Механические свойства материалов 

Материал
Временный предел
прочности σв, МПа

Предел

прочности σт,

МПа

Предел

усталости
σ-1, МПа

Сталь:
Ст3
350 – 380
180 – 200
120-160

Ст10
380470
200 – 240
120-160

20
420 – 500
260
120-160

30
500 – 600
300
170-210

45
610 – 750
360
190-250

60Г
710
420
250-320

40Х
730 – 1050
650 – 900
240 – 340

30ХГСА
1100 – 1700
850 – 1500
340-500

Бронза: 
БрОФ10-1
250
–
–

БрОЦС5-5-5
200
40 – 50
–

БрАЖ9-4
550
200
–

Ремень х/б 
[σp] = 36 Mpa

Алюминий
[σp] = 95 Mpa