公差配合在機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械制造中的應(yīng)用

鄒 樺，石蓮英

（1.湖北工程職業(yè)學(xué)院，湖北 黃石 435000；2.湖北信息工程學(xué)校，湖北 荊門 448000）

機(jī)械設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)者根據(jù)使用要求對(duì)機(jī)械的工作原理、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方式、力和能量的傳遞方式、各個(gè)零件的材料和形狀尺寸、潤(rùn)滑方法等進(jìn)行構(gòu)思、分析和計(jì)算并將其轉(zhuǎn)化為具體的描述以作為制造依據(jù)的工作過程。機(jī)械制造是操作者根據(jù)機(jī)械圖樣運(yùn)用工具（如機(jī)床）對(duì)毛坯進(jìn)行加工，通過測(cè)量制造出符合技術(shù)要求的零件，然后將它們裝配成部件或整臺(tái)機(jī)器的生產(chǎn)過程。機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)在零件圖、裝配圖中設(shè)計(jì)者能否正確選用和標(biāo)注出公差、配合代號(hào)；機(jī)械制造時(shí)，操作者能否確保零件的制造誤差在公差范圍內(nèi)，裝配能否按照配合代號(hào)要求進(jìn)行，既滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求，又滿足經(jīng)濟(jì)性、互換性要求。

1 公差與配合

（1）公差。公差是零件實(shí)際幾何參數(shù)允許的最大變動(dòng)量，其中幾何參數(shù)既包括機(jī)械加工中的幾何參數(shù)，也包括物理、化學(xué)等參數(shù)。對(duì)于機(jī)械制造，零件的幾何參數(shù)主要指尺寸（包括長(zhǎng)度、直徑、角度等）、幾何誤差、表面粗糙度等。要保證零件具有互換性，在滿足使用性能的前提下，只要使同一規(guī)格零件的幾何參數(shù)在一定范圍內(nèi)變動(dòng)即可，沒有必要也不可能使它們完全一致。

公差根據(jù)幾何參數(shù)可分為尺寸公差、幾何公差、表面粗糙度三大類。其中尺寸公差是允許零件尺寸的變動(dòng)量。幾何公差分為形狀公差、方向公差、位置公差、跳動(dòng)公差。形狀公差是指單一實(shí)際要素的形狀所允許的變動(dòng)全量；方向公差是指關(guān)聯(lián)實(shí)際要素的方向?qū)鶞?zhǔn)的變動(dòng)全量；位置公差是指關(guān)聯(lián)實(shí)際要素的位置對(duì)基準(zhǔn)的變動(dòng)全量；跳動(dòng)公差是限制被測(cè)實(shí)際表面相對(duì)基準(zhǔn)軸線的變動(dòng)全量。表面粗糙度是指由零件表面的較小間距和峰谷組成的微觀幾何形狀誤差。

所謂公差值，就是指公差大小的一個(gè)量。對(duì)于尺寸公差，國(guó)家規(guī)定20個(gè)標(biāo)準(zhǔn)公差等級(jí)，即IT01、IT0、IT1……IT18共20級(jí)，其中8級(jí)為中等精度，常用高精度有7級(jí)、6級(jí)、5級(jí)，常用低精度有9級(jí)、10級(jí)、11級(jí)、12級(jí)。對(duì)于幾何公差，根據(jù)幾何公差項(xiàng)目不同，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)11項(xiàng)幾何公差（除線、面輪廓度公差、位置度公差外）作了規(guī)定，圓度、圓柱度劃分為13級(jí)，即0～12級(jí)；其余的劃分為12級(jí)，即1～12級(jí)。對(duì)于粗糙度值，其分布采用了優(yōu)先數(shù)系的派生系列規(guī)則，即常用的為 0.4、0.8、1.6、3.2、6.3、12.5 等。

（2）配合。配合是指公稱尺寸相同的、相互結(jié)合的孔和軸公差帶之間的關(guān)系。根據(jù)孔、軸公差帶不同位置關(guān)系，配合可分為間隙配合、過盈配合、過渡配合。

配合精度是指配合后間隙或過盈的變化范圍的大小。配合公差。配合公差決定配合精度，所以要提高配合精度，使配合后間隙或過盈的變化范圍減小，就應(yīng)減小零件的公差，即要提高零件的加工精度。

配合制（也稱基準(zhǔn)制）是指同一極限制的孔和軸組成配合的一種制度。它可分為基孔制和基軸制?；字剖侵富酒罟潭ú蛔兊目椎墓顜c不同基本偏差軸的公差帶形成的各種配合；基軸制是指基本偏差固定不變的軸的公差帶與不同基本偏差孔的公差帶形成的各種配合。

2 公差配合在機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械制造中的應(yīng)用

（1）機(jī)械設(shè)計(jì)中公差配合的選用。公差與配合能否正確選用，直接關(guān)系著一件產(chǎn)品甚至一部機(jī)器的質(zhì)量和它的壽命。選用時(shí)要根據(jù)機(jī)器中不同部位的零件（重要零件還是次要零件）或同一零件上的不同部位（配合部位還是非配合部位）的具體問題做具體分析，而后作出選擇。但公差配合總的選擇原則是在滿足使用要求的前提下能獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益。

對(duì)于配合件（如孔、軸配合），主要考慮基準(zhǔn)制的選擇和配合的選擇：①基準(zhǔn)制的選用。優(yōu)先選用基孔制。某些情況下采用基軸制，如采用具有一定公差等級(jí)（IT8—IT11）的冷拉棒材制作軸、與標(biāo)準(zhǔn)件相配合的孔（滾動(dòng)軸承外圈與殼孔、平鍵與軸槽配合）、多個(gè)零件裝配在同一公稱尺寸的軸上，選用基軸制。特殊情況下采用非基準(zhǔn)制。②配合的選用。配合的選用采用類比法。盡可能先選用優(yōu)先配合，再常用配合。

對(duì)于單個(gè)零件，主要考慮公差項(xiàng)目的選擇、公差等級(jí)與公差值的選擇：①公差項(xiàng)目的選擇主要是幾何公差項(xiàng)目的選擇。其選擇原則是：根據(jù)被測(cè)要素的幾何特征、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及零件的使用要求，并考慮檢測(cè)的方便性和經(jīng)濟(jì)性來進(jìn)行選擇。②公差等級(jí)與公差值的選用。其選用方法多采用類比法。對(duì)于尺寸公差，其選用原則是在滿足使用要求的前提下，盡量選取較低的公差等級(jí)（或較大的公差值）。為了工藝等價(jià)，對(duì)于基本尺寸≤500mm、標(biāo)準(zhǔn)公差≤IT8時(shí)，國(guó)標(biāo)推薦孔比軸低一級(jí)相配合，如H7/n6；對(duì)于基本尺寸＞500mm或基本尺寸﹤3mm的配合或標(biāo)準(zhǔn)公差＞IT8級(jí)時(shí)，國(guó)標(biāo)推薦孔、軸同級(jí)配合，如H9/e9。過盈、過渡配合的公差等級(jí)不能太低，一般孔的標(biāo)準(zhǔn)公差≤IT8，軸的標(biāo)準(zhǔn)公差≤IT7。間隙配合則不受此限制。但間隙小的配合，公差等級(jí)應(yīng)較高。對(duì)于幾何公差，公差值應(yīng)符合t形狀＜t方向＜t位置。對(duì)于表面粗糙度值的選用多采用值Ra。

（2）公差配合在機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械制造中的實(shí)例分析。

圖1 減速器輸出軸的軸系部件圖

分析：①基準(zhǔn)制的選用：輸出軸與聯(lián)軸器、齒輪、滾動(dòng)軸承內(nèi)圈的配合采用基孔制。滾動(dòng)軸承外圈與殼孔、平鍵與鍵槽的配合采用基軸制。輸出軸與套筒、軸承蓋與殼孔的配合可采用非基準(zhǔn)制。②公差的選用：輸出軸與聯(lián)軸器、齒輪的配合受載荷較小時(shí)選用H8/k7、H8/k7；受載荷較大時(shí)選用H8/n7、H7/r6。輸出軸滾動(dòng)軸承內(nèi)圈的配合只需標(biāo)出軸的公差，選用k6、m6、p6；滾動(dòng)軸承外圈與殼孔的配合只需標(biāo)出孔的公差，選用G7、H7、J7、K7。平鍵與鍵槽的配合，鍵寬為 h8，軸槽寬為 H9、N9、P9，鍵槽寬為 D10、JS10、P9。輸出軸與套筒的配合選用E9/k6、F9/k6；軸承蓋與殼孔的配合選用J7/e9。