趙立勛

（中國(guó)原子能科學(xué)研究院，北京 102413）

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

趙立勛

（中國(guó)原子能科學(xué)研究院，北京 102413）

在機(jī)械進(jìn)行設(shè)計(jì)與制造時(shí)，每件機(jī)械的產(chǎn)品零件都有自身的標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際的生產(chǎn)中，由于眾多因素的影響，不能讓每件產(chǎn)品的零件尺寸大小完全一致，所以，公差配合在機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械制造中的應(yīng)用具有重要意義，它對(duì)于機(jī)械零件的生產(chǎn)，機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的達(dá)標(biāo)都具有一定作用。本文將對(duì)公差配合在機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械制造中的應(yīng)用進(jìn)行探究。

公差配合；機(jī)械設(shè)計(jì)；機(jī)械制造；應(yīng)用

機(jī)械的設(shè)計(jì)和制造是機(jī)械工業(yè)的動(dòng)力，它為工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等多種領(lǐng)域的進(jìn)步都起到了推動(dòng)的作用。公差配合在機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械制造中的應(yīng)用，能夠起到節(jié)約生產(chǎn)時(shí)間、降低生產(chǎn)成本的作用，本文將對(duì)公差和配合進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，然后對(duì)其具體應(yīng)用進(jìn)行探究。

1 公差配合概述

1.1 公差概述

（1）公差定義。公差指的是零件的實(shí)際幾何參數(shù)，可以允許最大變動(dòng)量。幾何參數(shù)包括了機(jī)械加工過(guò)程中的幾何參數(shù)，還有物理參數(shù)和其涉及的化學(xué)參數(shù)等。機(jī)械制造中零件的幾何參數(shù)指的是幾何的誤差、尺寸等。其中尺寸包括了直徑、長(zhǎng)度和角度等方面。在使用的基本要求得到滿(mǎn)足的情況下，需要確保零件有互換性，即讓同一規(guī)格的零件在一定程度內(nèi)變動(dòng)，沒(méi)必要讓其完全相同。

（2）公差的分類(lèi)。公差依照這種幾何參數(shù)，可以具體細(xì)分為尺寸公差、幾何公差與表面的粗糙度3類(lèi)，對(duì)這3類(lèi)的公差值都有著不同的表述。

尺寸公差是零件尺寸在允許條件下，可以產(chǎn)生的變動(dòng)程度，在尺寸公差里，我國(guó)規(guī)定共有20個(gè)標(biāo)準(zhǔn)公差等級(jí)，即IT01、IT0、IT1…IT18，其中經(jīng)常使用的高進(jìn)度為7級(jí)、6級(jí)和5級(jí)，常用的低精度為9級(jí)、10級(jí)、11級(jí)與12級(jí)。

而幾何公差可以分為方向公差、跳動(dòng)公差、形狀公差和位置公差，在幾何公差里，依照幾何公差項(xiàng)目，國(guó)家將11項(xiàng)集合公差作出了標(biāo)準(zhǔn)，即圓柱度和圓度劃分為13級(jí)（0～12級(jí)），剩下的劃分為12級(jí)（1～12級(jí)）。

表1 基孔制過(guò)盈配合特性及應(yīng)用表

表面的粗糙度指的是零件表面峰谷或間距造成的微觀幾何形狀誤差，對(duì)于這種粗糙度的數(shù)值，需要遵循優(yōu)先數(shù)系的派生系列規(guī)則，普遍使用的是0.4、0.8、1.6、3.2等。

1.2 配合概述

配合指的是相互結(jié)合且公稱(chēng)尺寸相同的孔與軸公差帶的關(guān)系。依照位置的不同，配合可以分為過(guò)盈配合、過(guò)渡配合與間隙配合。拿過(guò)盈配合為例，其基孔制的配合特性及應(yīng)用可見(jiàn)表1。

根據(jù)表1，我們可以看出基孔制過(guò)盈配合，在基本偏差不同的情況下，其不同的配合特性與應(yīng)用。

配合公差對(duì)配合精度有著決定性的作用，因此，將零件公差減少，就可以讓配合間隙縮小，進(jìn)而將零件之間的配合精度進(jìn)行提高。而配合制指的是同一極限制的孔軸組成配合的制度，可分為基軸制和基孔制。前者指的是不同基本偏差孔公差帶和基本偏差固定不變的軸公差帶形成的各種配合；而后者指的是不同基本偏差軸公差帶和基本偏差不變的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

2.1 公差配合在機(jī)械設(shè)計(jì)中的選用

公差配合能否正確應(yīng)用，決定了一件產(chǎn)品、一部機(jī)器的質(zhì)量和它的使用壽命。在對(duì)此進(jìn)行選用時(shí)，需要觀察機(jī)器中不同部位的零件，是次要零件還是重要零件，或是觀察同一零件上的不同部位，是非配合部位還是配合部位，然后才能進(jìn)行選擇應(yīng)用。

（1）配合件中的應(yīng)用。相對(duì)于像孔、軸這樣的配合件，需要重點(diǎn)考慮的是配合的選擇與基準(zhǔn)值的選擇。在配合的選擇方面，配合選用應(yīng)該采取類(lèi)比的方法；在基準(zhǔn)制方面，應(yīng)該對(duì)基孔制采取優(yōu)先選擇的原則，在少數(shù)情況下，采用基軸制，如在采用具有一定公差登記（IT8-IT11）冷拉棒材制作軸，且多個(gè)零件裝配在同一公稱(chēng)大小軸上，就需要采取基軸制的方法。在公差的選擇上，需要對(duì)優(yōu)先公差帶的選用進(jìn)行考慮。在具體選用時(shí)，需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行分析，如在石油鉆井這樣的機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)與制造中，由于工作環(huán)境的特殊性，就不能完全按照設(shè)計(jì)的手冊(cè)進(jìn)行公差配合設(shè)計(jì)。

反而應(yīng)該優(yōu)先考慮它的經(jīng)濟(jì)性和耐用性。如在選用和軸配合的公差時(shí)，就需要考慮這些設(shè)備的鏈輪、齒輪在配合時(shí)，受荷載較小就選擇使用公差H8/k7；受載荷較大，就選擇使用公差H7/p6，H7/n6、P6-P8/k6、M7/k6、H7/s6、P7/h7、S8/k6、H7/t7、R8/k6。在鍵和軸、轂配合公差選用時(shí)，導(dǎo)向平鍵、方鍵和普通按鍵的鍵槽松連接的情況下，需要選用軸的極限偏差為H9，轂極限偏差為D10；鍵的極限偏差，普通的平鍵寬度極限偏差h9，高度的極限偏差h11，導(dǎo)向平鍵的寬度極限偏差h9，高度的極限偏差h11，方鍵高度和寬度極限偏差都為h9。

（2）單個(gè)零件的應(yīng)用。相對(duì)于單個(gè)零件，需要重點(diǎn)考慮的是公差項(xiàng)目的選擇、公差等級(jí)的選擇和公差值的選擇。公差項(xiàng)目的選擇就是幾何公差項(xiàng)目的選擇，依照被測(cè)要素的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、幾何特征以及零件的使用要求，從經(jīng)濟(jì)性與適用性上進(jìn)行整體的選擇；在公差等級(jí)的選用上需要遵循的原則主要有兩條，一是在滿(mǎn)足零件使用基本要求的情況下，優(yōu)先選擇使用較低等級(jí)的公差；二是在零件基本尺寸是500mm采用加高的配合等級(jí)情況下，考慮到孔的加工難度要比同等級(jí)的軸大，所以，一般使用的是基孔制。其選擇的方法主要是類(lèi)比法，在尺寸公差的選用上，首先應(yīng)該確保使用要求能夠得到滿(mǎn)足，其次，應(yīng)盡量選擇相對(duì)較低的公差等級(jí)，或者是相對(duì)較大的公差值。相互配合的軸或孔需要注意按照?qǐng)D紙進(jìn)行加工后，具有很好的裝配性。大量生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)規(guī)律決定了現(xiàn)行的公差制度，假設(shè)軸配合尺寸為φ50-0.017，孔的配合尺寸為φ50+0.027，如果按照尺寸要求下，將軸和孔都加工為φ50.000mm，那么在配合上就不能產(chǎn)生滑動(dòng)效果，這種配合就是失敗的。在實(shí)際的生產(chǎn)里，很多有關(guān)于加工尺寸的誤差都是隨機(jī)的，這些誤差一般都符合正態(tài)分布規(guī)律，分布在實(shí)際尺寸兩端的零件數(shù)量，要比分布在中間的零件數(shù)量要小很多。

在實(shí)際的生產(chǎn)中，極限量具的利用不能夠?qū)庸ち慵膶?shí)際尺寸進(jìn)行直接檢測(cè)，一般情況下，它只能通過(guò)止端與過(guò)端對(duì)零件的合格進(jìn)行判斷。而這些極限的量具在設(shè)計(jì)時(shí)就會(huì)有誤差出現(xiàn)。因此零件的尺寸基石在要求之內(nèi)，也不能讓配合需要全部滿(mǎn)足。

為確保工藝的等價(jià)，在基本尺寸不大于500mm，標(biāo)準(zhǔn)公差不大于IT8的情況下，國(guó)標(biāo)推薦孔比軸低一級(jí)互相配合，像H7/n6；基本尺寸大于500mm，基本尺寸小3mm或者是標(biāo)準(zhǔn)公差大于IT8時(shí)，國(guó)標(biāo)推薦孔和軸應(yīng)該進(jìn)行同級(jí)的配合，像H9/e9。對(duì)于過(guò)度或者是過(guò)盈的情況，其配合公差等級(jí)要得到良好地控制，普遍情況下，孔的標(biāo)準(zhǔn)公差需要小于或等于IT8，軸的標(biāo)準(zhǔn)公差不能大于IT7。間隙的配合不會(huì)受到這種限制，可是，對(duì)于間隙很小情況下進(jìn)行配合，公差的等級(jí)應(yīng)該相對(duì)較高一點(diǎn)。公差配合在機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械制造中，結(jié)合實(shí)際情況，可以進(jìn)行延伸公差帶的應(yīng)用，讓實(shí)際誤差保持在設(shè)計(jì)誤差之下，本文對(duì)此不作過(guò)多贅述。

2.2 公差配合在機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械制造中的應(yīng)用實(shí)例

如圖1，它是某個(gè)減速器輸出軸的軸系部件圖。

圖1 減速器輸出軸的軸系部件圖

如圖1所示，現(xiàn)在我們對(duì)此進(jìn)行公差配合應(yīng)用的分析。

(1)基準(zhǔn)制的選用。在基準(zhǔn)制選用上，輸出軸和聯(lián)軸器、齒輪以及滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈配合采用的是基孔制。滾動(dòng)軸承的外圈和殼孔之間的配合，可以選擇采用非基準(zhǔn)制。

(2)公差的選用。在公差的選用上，輸出軸和聯(lián)軸器以及齒輪之間的配合，我們要根據(jù)受載荷的大小進(jìn)行選用，在受載荷較大的情況下，我們需要選擇使用H8/n7、H7/r6；在受載荷較小的情況下，應(yīng)該選擇使用H8/k7、H8/k7。輸出軸滾動(dòng)軸承內(nèi)圈的配合，僅僅需要標(biāo)出軸的公差，選擇使用的是k6、m6和p6。殼孔和滾動(dòng)軸承外圈配合，僅僅需要標(biāo)出孔的公差，選擇使用的是G7、H7、J7、K7。結(jié)合圖1，期軸槽寬為H9、NN9、P9，鍵寬是h8，鍵槽寬是D10、HS10、P9。套筒和輸出軸配合，選擇使用的是E9/k6、F9/k6，殼孔和軸承蓋的配合，選擇使用的是J7/c9。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械制造中，公差配合的應(yīng)用具有重要作用，通過(guò)結(jié)合實(shí)例的分析，我們了解了公差配合在機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械制造中的應(yīng)用原則與應(yīng)用方法。不過(guò)就目前來(lái)看，我國(guó)對(duì)于公差配合在機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械制造中的應(yīng)用，還有著很大的潛力，還需要進(jìn)一步的研究和實(shí)踐。

[1]易忠奇.機(jī)械產(chǎn)品制造中公差配合的選用[J].精密制造與自動(dòng)化,2015,04:49-50+60.

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