機械設(shè)計與制造中的公差配合及其應(yīng)用效果

商洛職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程系 陳其

我國經(jīng)濟市場的發(fā)展在一定程度上助推了工業(yè)制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而機械設(shè)計與制造是工業(yè)發(fā)展的核心動力。在工業(yè)快速發(fā)展的時代背景下，我國機械設(shè)計與制造技術(shù)也得到了有效的發(fā)展和創(chuàng)新，而公差配合在機械設(shè)計與制造中起著非常關(guān)鍵的作用，無論是對零部件的質(zhì)量提升還是對生產(chǎn)成本的管控都起著非常重要的作用。基于此本文主要是針對公差配合在機械設(shè)計與制造中的應(yīng)用展開一系列的分析和探究，旨在有效加大公差配合在機械設(shè)計與制造中的應(yīng)用效果，為我國工業(yè)機械制造業(yè)的發(fā)展提供有效的保障。

1 公差配合概述

1.1 公差

公差是指所允許的零件幾何參數(shù)變動量，在機械設(shè)計與制造中可以被稱為幾何參數(shù)的有設(shè)計制造產(chǎn)品的直徑、長度以及寬度等。在機械設(shè)計與制造的過程中，必須要確保設(shè)計生產(chǎn)的零件具有一定的可替代性，對于可以代替的零件要求具備基本的使用功能，并且生產(chǎn)規(guī)格在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，而這個范圍就是通過公差決定的。公差可以分為尺寸公差、形狀公差、位置公差。尺寸公差是指在零件生產(chǎn)的過程中可接受的零件尺寸變動范圍；形狀公差是指零件幾何要求的形狀只能在被允許的范圍內(nèi)進行變動；位置公差是指幾何要素的位置能夠允許的范圍。在國際標(biāo)準(zhǔn)中，公差一共分為20個等級，數(shù)字越大代表公差的等級越高，而能夠允許的范圍就越大。反之亦然。

1.2 配合

配合是指公差尺寸相同的并且相互結(jié)合的孔、軸公差帶關(guān)系。從位置的方面進行分析，配合包含多個形式的配合，其中在機械設(shè)計與制造的過程中作為常見的配合包含間隙配合、過盈配合及過渡配合。過盈配合和間隙配合都是表示松緊程度的，即在孔和軸進行配合的過程中根據(jù)機械設(shè)備的要求所要完成的松緊程度。從字面意思上進行理解，間隙配合是指孔和軸間隙之間的配合，最大的間隙值是孔的公差值和軸的公差值之差，最小的間隙值為0。過盈配合和間隙配合相反，最顯著的特征就是孔公差帶在軸公差帶之下，孔最小公差值與軸最大公差值之差就是最大的過盈配合，最小的過盈值為0。

1.3 公差配合

基于公差和配合的定義我們了解到公差配合即是間隙和過盈之間的變動量。在機械設(shè)計與制造的過程中，配合公差對配合精準(zhǔn)度能夠直接產(chǎn)生影響，通過公差配合的實踐應(yīng)用能夠有效的縮小配合之間的間隙，促使零件的精確度得到提升。在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中配合制主要包含基孔制和基軸制兩種方式，其中基孔制具有一定的優(yōu)先性，但是有以下三種情況適合用基軸制，比如說針對相同尺寸的某一段軸或者是在一些等直徑長軸的配合應(yīng)用中，另外在一些比較特殊的零部件中也可以使用基軸制。

1.4 公差配合與機械設(shè)計與制造之間的關(guān)系

在機械設(shè)計與制造的過程中，公差配合主要體現(xiàn)在兩個方面，分別是精度控制和零件質(zhì)量評價.在精度控制方面，加工條件的不同會導(dǎo)致零部件幾何參數(shù)存在一定的差異，因此要對公差配合進行有效的控制來確保零部件的精度。在零件質(zhì)量評價的過程中，主要是分析產(chǎn)品之間存在的誤差，由此能夠看出公差配合對機械設(shè)計與制造能夠產(chǎn)生一定的影響[1]。

2 公差配合在機械設(shè)計中的實際應(yīng)用

機械設(shè)計是專業(yè)的設(shè)計人員將機械的相關(guān)要求進行轉(zhuǎn)化，將其變成具體可以實踐操作的方案。在機械設(shè)計的過程中涉及多種多樣的內(nèi)容，并且具有一定的復(fù)雜性，比如說在機械設(shè)計的過程中可能會涉及機械工作原理、機械結(jié)構(gòu)以及運動方式、零部件的原材料等一系列的內(nèi)容，由此可見在機械設(shè)計的過程中如果中間的任何一個步驟出現(xiàn)差錯都有可能會導(dǎo)致機械設(shè)計存在失誤。而在機械設(shè)計的過程中，如果能夠靈活運用公差配合，就能夠很好地規(guī)避在機械設(shè)計的過程中存在的誤差，基于此針對公差配合在機械設(shè)計中的實際應(yīng)用進行分析和探究。

2.1 單個零部件的應(yīng)用

在機械設(shè)計的過程中，公差配合起著非常重要的作用，因此相關(guān)的工作人員要對公差配合的相關(guān)原則進行充分的了解和掌握[2]。首先機器的零部件有重要零件和次要零件之分，在針對不同類別的零部件的時候公差配合呈現(xiàn)出不同的使用情況和狀態(tài)，因此要分層次進行討論。其次對于同一個零部件來說包含不同的位置，因此在公差配合進行應(yīng)用時需要根據(jù)是配合部位還是非配合部位進行合理的選擇。就單個零部件來說，在對其進行設(shè)計的過程中，相關(guān)設(shè)計人員要充分考慮公差項目的選擇以及公差的等級和公差值等等相關(guān)的內(nèi)容。以公差項目的選擇來說，要遵循幾個方面的原則。第一，相關(guān)設(shè)計人員要將被測要素的幾何特征、結(jié)構(gòu)特征以及零件的使用要求進行充分結(jié)合；第二，在進行設(shè)計的過程中要將檢測的方便性和經(jīng)濟性考慮在內(nèi)。在對公差等級和公差值進行選擇的時候一般都是用類比的方法進行選用。

2.2 配合件上的應(yīng)用

在機械零件設(shè)備設(shè)計和制造的過程中，公差配合發(fā)揮了非常重要的作用，另外在配合件中公差配合也同樣起到了非常關(guān)鍵的作用。以孔和軸兩個零件的配合進行分析，在孔和軸的配合過程中，相關(guān)設(shè)計人員第一時間應(yīng)當(dāng)考慮的是基準(zhǔn)制的選擇和配合，以基準(zhǔn)制的選擇來說，包含基孔制和基軸制兩種，一般來說我們經(jīng)常會優(yōu)先選擇基孔制，其次選擇基軸制。基軸制的應(yīng)用主要包含兩個方面的內(nèi)容：一方面當(dāng)相關(guān)設(shè)計人員需要將多個零部件裝配到同一個公稱尺寸的軸上時，會選擇使用基軸制[3]。另一方面在孔和軸進行配合的時候，將具有一定公差等級的冷拉棒材作為軸，將其和孔進行配合時一般都是選擇基軸制。在基準(zhǔn)制進行配合的過程中需要遵循相關(guān)的規(guī)律和原則，在一般情況下零件在配合的過程中都是選用類比的方法，并且優(yōu)先配合一般要先于常用配合。

3 公差配合在機械制造中的實踐應(yīng)用

機械制造是指相關(guān)工作人員在機械設(shè)計的基礎(chǔ)上使用大量的工具對毛坯進行加工，并將其轉(zhuǎn)化為符合機械要求的相關(guān)零件，再對零件按照相關(guān)的流程步驟進行組裝。但是在機械制造過程中往往會面臨一系列的問題，譬如在制造的過程中如何保障零件的制造誤差在合理的數(shù)據(jù)范圍內(nèi)，在裝配的過程中能否根據(jù)相關(guān)的代號進行操作，公差配合在其中起著關(guān)鍵性的作用。

3.1 零件生產(chǎn)

在機械設(shè)計與制造過程中，相關(guān)設(shè)計人員為了達到機械生產(chǎn)的相關(guān)要求進行產(chǎn)品設(shè)計是第一步，在機械制造的過程中還應(yīng)當(dāng)充分利用公差配合，來確保機械設(shè)備在制造的過程中不出現(xiàn)誤差。一般來說，在機械設(shè)備進行制造的過程中經(jīng)常會因為主觀或客觀的條件對生產(chǎn)制造的過程造成一定的影響，使其最后的產(chǎn)品和最初設(shè)計的產(chǎn)品存在細(xì)小的誤差。如果機械設(shè)備的誤差在合理的范圍內(nèi)，就可以正常進行使用[4]。以石油鉆井設(shè)備舉例說明，鉆井設(shè)備生產(chǎn)制造的過程，和其他的機械設(shè)備生產(chǎn)制造過程存在一定的差別，石油鉆井設(shè)備的制造程序相對比較復(fù)雜，相關(guān)的設(shè)計制造人員在遵循相關(guān)理念的基礎(chǔ)上除了要對所選的配合公差進行實踐之外，還要將石油鉆井設(shè)備的鏈輪和齒輪的相關(guān)因素考慮在內(nèi)。在一般情況下，石油鉆井設(shè)備的鏈輪和齒輪所承受的負(fù)荷存在一定的差別，其公差配合也不相同，公差配合的范圍跨越較大，能夠在較大的范圍內(nèi)進行合理的選擇。另外，在各個零件相互配合的過程中其軸和鍵之間也需要進行配合，其配合允許存在一定的偏差，只需要將偏差控制在合理的范圍內(nèi)?；谶@種情況，在石油鉆井設(shè)備生產(chǎn)制造的過程中其耐用性和經(jīng)濟性以及維護性都得到了一定的保障。

3.2 設(shè)備維護

在機械設(shè)備制造的過程中公差配合起著非常關(guān)鍵的作用，在機械設(shè)備維護的過程中，公差配合也發(fā)揮著非常重要的作用和功能，對于機械設(shè)備的維護也非常重要。就機械設(shè)備的維護來說需要引起相關(guān)工作人員的高度重視。首先在近年來的發(fā)展過程中，隨著工程施工數(shù)量的增加，對機械設(shè)備的需求量也在逐漸增加，而在各大工程施工的過程中因為機械設(shè)備出現(xiàn)故障導(dǎo)致施工人員生命安全受到損害的報道也在逐漸增加，這種情況對當(dāng)前階段的社會造成了非常嚴(yán)重的負(fù)面影響，也影響到了社會的和諧，因此要加強對機械設(shè)備的保養(yǎng)和維護，確保相關(guān)施工人員的生命財產(chǎn)安全[5]。其次在當(dāng)前階段如果機械設(shè)備不能得到有效的維護，會對機械設(shè)備的使用年限造成一定的影響，嚴(yán)重的時候還會在機械設(shè)備使用的過程中出現(xiàn)問題，在無形之中增加了機械施工的經(jīng)濟成本，對企業(yè)造成了一定的負(fù)面影響。在機械設(shè)備維護的過程中如果運用公差配合將有效規(guī)避此類事故的發(fā)生。以制漿造紙的設(shè)備為例進行分析，相對于其他設(shè)備來說，制漿造紙運營環(huán)境相對比較惡劣，這樣的環(huán)境導(dǎo)致了制漿造紙設(shè)備在實際運行的過程中常年受到一定的損害，部分零件如果出現(xiàn)損害將會導(dǎo)致整個機械無法正常進行運轉(zhuǎn)，因此在制漿造紙設(shè)備維修養(yǎng)護的過程中，相關(guān)維修人員要重視配合種類的選擇，從而有效彌補在初期無裝配圖指導(dǎo)存在的弊端。以配合種類的選擇進行分析，應(yīng)當(dāng)遵循眾多的原則，比如說制漿造紙設(shè)備配合部位的受力不同，裝配的方式也要適當(dāng)?shù)剡M行改變。除了對裝配的方式進行合理的選擇之外，在機械設(shè)備進行保養(yǎng)維護的過程中還要充分考慮到零件的裝配難度等一系列的因素，旨在通過公差配合的應(yīng)用有效地促進機械設(shè)備的維護，促使機械設(shè)備正常使用，以此來延長機械設(shè)備的使用年限。

4 總結(jié)

綜上所述，公差配合在機械設(shè)計與制造的過程中起著非常關(guān)鍵的作用，能夠有效規(guī)避傳統(tǒng)設(shè)計和制造中存在的問題，因此在當(dāng)前階段要加強對公差配合的重視，最大化提升機械設(shè)備的精準(zhǔn)度，有效降低制造成本，為機械制造業(yè)的發(fā)展提供有效的保障，也為我國經(jīng)濟市場的發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。