張亞華，王澤，葛喆敏，丁浩，丁同華，賁道春,,4

（1.嘉合鑒識(shí)技研（江蘇）科技有限公司，江蘇 蘇州，215000；2.江蘇鵬飛集團(tuán)股份有限公司，江蘇 海安 226623；3.江蘇省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，江蘇 南京 210007；4.全國(guó)建材裝備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（SAC/TC465），北京 100102）

0 引言

立式磨輥系是立式磨關(guān)鍵零部件?，F(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T 35167—2017《水泥立式輥磨機(jī)》[1]沒(méi)有規(guī)定輥芯輥套配合面的圓錐角公差要求，各設(shè)計(jì)單位根據(jù)各自的設(shè)計(jì)理念選擇圓錐角公差。輥芯輥套配合面圓錐角公差的選擇和控制影響立式磨輥系的裝配質(zhì)量和裝配效果。規(guī)范輥芯輥套配合面的圓錐角公差對(duì)于提高立式磨整體質(zhì)量有著重要的意義。

1 輥芯輥套配合面錐角公差現(xiàn)狀

1.1 公差選擇的不規(guī)范性

目前國(guó)內(nèi)外幾家制造商的立式磨輥芯輥套配合的典型圓錐角公差見(jiàn)表1。

表1 現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外輥芯輥套配合的典型圓錐角公差

（1）輥芯輥套配合圓錐角公差的選擇多種多樣，且差異甚大。

（2）除部分圓錐角公差達(dá)到GB/T 11334—2005《產(chǎn)品幾何量技術(shù)規(guī)范(GPS)圓錐公差》[2]規(guī)定的AT9～AT10外，其他公差均無(wú)等級(jí)符合可言。雖然無(wú)法與標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)，但并不代表產(chǎn)品有質(zhì)量問(wèn)題。這說(shuō)明GB/T 11334—2005規(guī)定的等級(jí)范圍較窄，不能滿足立式磨輥芯輥套圓錐角公差的選用。

（3）輥芯輥套常規(guī)圓錐角公差為±5′或公差帶更寬。選用GB/T 11334—2005劃分的圓錐角公差等級(jí)，要求稍高，實(shí)用性不強(qiáng)。

（4）輥芯輥套配合圓錐錐長(zhǎng)和圓錐角公差沒(méi)有形成關(guān)聯(lián)。錐長(zhǎng)和圓錐角公差的關(guān)系不穩(wěn)定，必然影響裝配效果和裝配質(zhì)量以及產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

1.2 基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)適用性不強(qiáng)

輥芯輥套配合除形位公差標(biāo)準(zhǔn)外涉及GB/T 11334—2005和GB/T 1800.2—2020《產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范(GPS)極限與配合 第⒉部分:標(biāo)準(zhǔn)公差等級(jí)和孔、軸極限偏差表》[3]兩個(gè)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。

圓錐面的精度保證是依靠線性尺寸保證的，因此GB/T 1800.2-2020是決定圓錐角準(zhǔn)確性的主要依據(jù)，圓錐直徑公差決定所能限制的最大圓錐角最大誤差。GB/T 2—2020適用的最大尺寸為3 150 mm，現(xiàn)階段輥芯輥套配合圓錐的最大尺寸在該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)，因此GB/T1800.2—2020對(duì)于控制輥芯輥套配合尺寸公差具有實(shí)用性。

GB/T 11334—2005規(guī)定的圓錐面角度公差最低等級(jí)為AT12，即便按照公差最低等級(jí)控制輥芯輥套配合圓錐角質(zhì)量也是較高的要求。因此GB/T 11 334—2005不能滿足立式磨輥芯輥套配合圓錐角公差等級(jí)(AT)的正常選用需要。

2 基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)用性擴(kuò)展分析

2.1 圓錐公差的實(shí)用性擴(kuò)展基礎(chǔ)

保證角度精度是保證尺寸精度(包括形狀和位置精度)的結(jié)果。鑒于GB/T 11334—2005的圓錐角公差等級(jí)范圍不能適用于輥芯輥套配合圓錐角公差(AT)正常選用，為了彌補(bǔ)標(biāo)準(zhǔn)中圓錐角公差選用的不足，可以就標(biāo)準(zhǔn)中附錄A給定的最大圓錐直徑區(qū)間(＞400～500 mm)的圓錐直徑公差等級(jí)IT對(duì)應(yīng)的公差所能限制的最大圓錐角最大誤差數(shù)據(jù)，擴(kuò)展為對(duì)應(yīng)的圓錐角公差（表2）。

表2 大于400 mm至500 mm的圓錐直徑公差所能限制的最大圓錐角最大誤差數(shù)據(jù)擴(kuò)展示例

GB/T 11334—2005中規(guī)定圓錐長(zhǎng)度＞63～100 mm和＞100～160 mm的AT10圓錐角公差數(shù)值分別為3′26″和2′45″，可以將中間長(zhǎng)度（錐長(zhǎng)100 mm）的圓錐角公差數(shù)值量化為3.1′(約±1.6′)，將AT11公差數(shù)值量化為4.9′(約±2.5′)，將AT12公差數(shù)值量化為7.7′(約±3.9′)。

部分通過(guò)圓錐直徑公差所能限制的最大圓錐角最大誤差數(shù)據(jù)可量化的圓錐角公差超出了GB/T 11334—2005中規(guī)定的低等級(jí)范圍，可根據(jù)線性尺寸公差I(lǐng)T等級(jí)自定義圓錐角公差GAT4～GAT15等擴(kuò)展等級(jí)。

2.2 尺寸公差對(duì)圓錐公差的實(shí)用性擴(kuò)展作用

鑒于上述圓錐角公差的擴(kuò)展基礎(chǔ)，可進(jìn)一步進(jìn)行其他大尺寸的公差輔助圓錐角公差的擴(kuò)展。圓錐直徑公差與圓錐角公差值理論上呈非正比函數(shù)關(guān)系，但是對(duì)于較窄的圓錐角公差帶，可以將線性尺寸與角度視為正比關(guān)系。這使通過(guò)線性尺寸公差擴(kuò)展圓錐角公差成為可能，為標(biāo)準(zhǔn)外的圓錐角公差完善奠定了基礎(chǔ)。

根據(jù)表2中擴(kuò)展基礎(chǔ)數(shù)據(jù)圓錐角公差，可以根據(jù)各尺寸區(qū)間的各等級(jí)IT的線性尺寸公差數(shù)值TD等比計(jì)算出自定義圓錐角公差GAT。表3列舉了IT6線性尺寸公差對(duì)應(yīng)的自定義圓錐角公差GAT11數(shù)值，并形成了圓錐直徑公差所能限制的最大圓錐角誤差對(duì)應(yīng)的圓錐角系列公差。

表3 尺寸公差和角度公差等比推算的所能限制的最大圓錐角誤差及公差(尺寸IT6，自定義圓錐角GAT11)

2.3 基本尺寸區(qū)間的劃分分析

雖然常見(jiàn)的立式磨輥芯輥套配合面直徑在1 000～2 500 mm，但特小型立式磨或特大型立式磨有存在的空間和廣闊的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)前景。直徑2 500 mm以上的磨輥可在直徑6 m立式磨上使用，圓錐角公差適用范圍應(yīng)滿足特大型立式磨的設(shè)計(jì)需要?；A(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)中線性尺寸公差的適用范圍為3 150 mm以下。因此圓錐角的公差可根據(jù)GB/T 1800.2—2020中規(guī)定的線性尺寸區(qū)間劃分，且應(yīng)該保持一致，便于與基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)之間數(shù)據(jù)關(guān)系的對(duì)應(yīng)。

2.4 圓錐角公差擴(kuò)展的優(yōu)缺點(diǎn)分析

（1）優(yōu)點(diǎn)

GB/T 11334—2005規(guī)定的圓錐角公差是與錐長(zhǎng)關(guān)聯(lián)的角度數(shù)據(jù)，與圓錐直徑無(wú)任何關(guān)聯(lián)。常規(guī)的裝配用圓錐長(zhǎng)徑比較大，方便拆卸是圓錐配合的主要功能。對(duì)于長(zhǎng)徑比較小或特別小的圓錐配合除方便拆卸外，軸向裝配的穩(wěn)定性和提高軸向承載能力是主要功能，因此大直徑長(zhǎng)徑比較小的圓錐裝配面的圓錐角公差選擇應(yīng)與直徑關(guān)聯(lián)。

表4為圓錐直徑公差所能限制的最大圓錐角誤差對(duì)應(yīng)的常用圓錐角公差。GAT與AT相比，內(nèi)涵發(fā)生了重大變化，不可對(duì)應(yīng)和等效應(yīng)用。圓錐角公差及等級(jí)擴(kuò)展彌補(bǔ)了GB/T 11334—2005在公差等級(jí)范圍的不足，顧及了同尺寸公差等級(jí)不同直徑的尺寸偏差對(duì)圓錐角偏差的影響。通過(guò)圓錐直徑和錐長(zhǎng)兩個(gè)要素確定各等級(jí)的圓錐角公差，因此圓錐角公差確定的因素較為完整，具有一定的先進(jìn)性。

表4 圓錐直徑公差所能限制的最大圓錐角誤差對(duì)應(yīng)的常用圓錐角公差(′)

（2）缺點(diǎn)

由于圓錐角公差選擇考慮的因素多于國(guó)標(biāo)GB/T 11334—2005，因此擴(kuò)展后的圓錐角等級(jí)與國(guó)標(biāo)中規(guī)定的等級(jí)可能存在一定的差異，不能完全與之形成對(duì)應(yīng)。

為了不使擴(kuò)展的圓錐角等級(jí)與GB/T 11334—2005中的等級(jí)應(yīng)用產(chǎn)生混淆，可將擴(kuò)展的圓錐角等級(jí)自成體系進(jìn)行應(yīng)用。因此將其該體系的等級(jí)代號(hào)“GAT”與GB/T 11334—2005中的等級(jí)代號(hào)“AT”進(jìn)行了區(qū)分，可理解為輥芯輥套圓錐角專(zhuān)用公差等級(jí)。

3 圓錐角公差等級(jí)的選擇

3.1 選擇原則

公差選擇應(yīng)將制造可行性和產(chǎn)品性能要求相結(jié)合。一般情況下孔(輥套)圓錐角公差等級(jí)可選擇GAT14～GAT15，軸(輥芯)圓錐角公差等級(jí)可選擇GAT13～GAT14。其中孔軸公差等級(jí)可相同，或軸公差等級(jí)可高一級(jí)。

從滿足正常使用、制造合格產(chǎn)品角度出發(fā)可選用GAT14～GAT15；從制造中等質(zhì)量產(chǎn)品角度出發(fā)可選用GAT11～GAT13；從制造高質(zhì)量產(chǎn)品角度出發(fā)可選用GAT8～GAT10。大直徑輥芯輥套等級(jí)盡量選擇取高。

3.2 現(xiàn)狀圓錐角公差的比較

根據(jù)自定義公差等級(jí)分析，中國(guó)A廠(輪胎型輥套)選擇輥芯輥套配合的圓錐角公差等級(jí)為特低等級(jí)GAT16,中國(guó)B廠(錐形輥套)選擇的圓錐角公差為中等等級(jí)的GAT11～GAT13或較高等級(jí)的GAT9，日本宇部選擇的圓錐角公差為較高等級(jí)的GAT8～GAT9，德國(guó)萊歇選擇的圓錐角公差為較高等級(jí)的GAT8。見(jiàn)表5。

表5 國(guó)內(nèi)外輥芯輥套配合的典型圓錐角公差等級(jí)對(duì)照

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)反映出輥芯輥套圓錐角公差要求參差不齊，或因?yàn)椴糠謫挝蝗狈σ?guī)范性文件指導(dǎo)。

3.3 圓錐角公差的簡(jiǎn)化選擇

圓錐角公差的簡(jiǎn)化是根據(jù)規(guī)律對(duì)各等級(jí)公差進(jìn)行系統(tǒng)量化，便于實(shí)際應(yīng)用。歸納大致有兩種簡(jiǎn)化方法。

（1）代數(shù)表達(dá)法

根據(jù)滿足輥芯輥套配合的正常公差要求等級(jí)圓錐角公差值是圓錐直徑的正比函數(shù)，是錐長(zhǎng)的反比函數(shù)，因此可將與圓錐直徑和錐長(zhǎng)關(guān)聯(lián)的孔軸公差簡(jiǎn)化為代數(shù)±(x D/L)′(D為圓錐直徑，L為錐長(zhǎng))，其數(shù)值可精確為0.1′這樣可簡(jiǎn)化較復(fù)雜的設(shè)計(jì)查表計(jì)算過(guò)程。

只要根據(jù)公差等級(jí)調(diào)整公差表達(dá)式±(x D/L)′中的系數(shù)x即可獲得不同產(chǎn)品質(zhì)量等級(jí)（即合格品、一等品和優(yōu)等品）的圓錐角公差要求。一般質(zhì)量可取（＞0.35～0.45），中等質(zhì)量可取（＞0.20～0.35），高質(zhì)量可取（＞0.10～0.20），與國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有水平形成一致。

（2）尺寸區(qū)間數(shù)據(jù)法

根據(jù)GB/T 1800.2—2020的線性尺寸段區(qū)間規(guī)定各尺寸區(qū)間的圓錐角公差。見(jiàn)由表4中各公差等級(jí)公差值衍生的表6。

表6 輥芯和輥套配合面圓錐角公差(′)

尺寸區(qū)間數(shù)據(jù)法可對(duì)區(qū)間范圍內(nèi)尺寸的圓錐角給定具體公差，尺寸發(fā)生較大變化其公差未必變化，或尺寸發(fā)生較小變化其公差發(fā)生較大變化。

4 結(jié)論

（1）根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 1800.2—2020中500 mm以上線性尺寸(即圓錐直徑)公差，通過(guò)等比關(guān)系對(duì)GB/T11334—2005中圓錐直徑公差所能限制的最大圓錐角誤差，進(jìn)行較大直徑圓錐角誤差對(duì)應(yīng)關(guān)系的擴(kuò)展，得出GB/T 11334—2005中規(guī)定以外的自成體系的圓錐角公差等級(jí)，為立式磨輥芯輥套圓錐角公差選擇提供了依據(jù)。

（2）通過(guò)對(duì)比分析，得出了輥芯輥套圓錐角公差的等級(jí)選擇方法和簡(jiǎn)化確定方法。

（3）分析研究對(duì)立式磨輥芯輥套圓錐角公差的確定具有參考作用。