机械产品制造中公差配合的选用

易忠奇



机械产品制造中公差配合的选用

易忠奇

（湖南机电职业技术学院 长沙410151）

机械产品在设计制造过程中，每个机械产品零件的生产都有自己的尺寸标准，在实际生产过程中，由于诸多因素的限制，不可能使每个同形零件的尺寸完全一致。因此，机械产品在组装时候的配合问题就显得尤为重要，故对机械设计与制造过程中的公差配合问题进行探讨。

机械设计与制造 公差配合 选用

机械工业也称作“机械制造工业”或“机器制造工业”，是制造机械产品的工业部门，主要包括农业机械、矿山设备、冶金设备、动力设备、化工设备以及工作母机等制造工业。

机器制造业是工业的心脏与动力，它为工业、农业、交通运输业、国防等提供技术装备，是整个国民经济和国防现代化的物质技术基础，因此，机器制造工业的发达与否及机器装备的自给水平是衡量一个国家经济发展水平与科学技术水平的真正标志。由于机器产品结构复杂，零部件多，技术性强，所以实行生产专门化、标准化、自动化对于机器制造业的发展具有重大意义。

1 公差与配合

公差是实际参数值的允许变动量。其中参数既包括机械加工中的几何参数，也包括物理、化学、电学等学科的参数，所以说公差是一个使用范围很广的概念。对于机械制造来说，制定公差的目的就是为了确定产品的几何参数，使其变动量在一定的范围之内，以便达到互换或配合的要求。

公差与配合同样是一门科学，而且是一门非常严谨的学科。它是人们在长期的机械设计与生产制造实践中总结出来的一门学科。公差与配合的好坏程度，直接关系到一件产品甚至一部机器的质量与寿命，因此公差配合是机械设计和制造过程中首先需要考虑的问题之一。机械产品不同部位的零件根据所起的作用不同而设计成不同的形状和尺寸，因此，不存在没有用的公差，所有的公差都是为了零件配合安装的需要而规定的。

1）公差的分类

公差根据其几何参数主要分为尺寸公差、形状公差和位置公差三类。其中尺寸公差就是允许几何尺寸参数的变动量；形状公差是指几何参数中单一实际要素的形状所允许的变动全量；位置公差是指关联实际要素的位置对基准所允许的变动全量。

2）公差值

所谓公差值，就是指公差的大小的一个量。公差值通常用“IT”表示。公差值共分二十个等级，即IT0到IT18二十个。

3）机械设计中公差配合的选用

（1）基准制的选用。以孔和轴配合为例介绍基准制一般选用步骤：一般情况下优先选用基孔制，因为轴的加工相比孔容易，同时因为采用基孔制可以减少刀具、量具的利用次数，简化加工工序，这样就可以降低零件批量生产的成本，如果几个甚至更多的零件要安装在一根轴上的时候可以采取基轴制配合。如果是两个标准件互相配合时候，要严格按照标准件的规定基准制，如轴承的配合，外圈采用基轴制，内圈采用基孔制。在所用基准制的应用中还必须考虑零件配合有没有特殊要求，有特殊要求的零件要严格执行。

（2）公差等级的选用。公差等级在实际选用时应遵循以下三条原则：第一、能够满足零件基本使用要求时，优先选用低等级的公差；第二、零件的基本尺寸为500mm 采用较高的配合等级时，鉴于孔的加工难度大于同等级的轴，通常采用基孔制，因此新国标中比IT8级公差等级高的时候，轴的公差等级相应的比孔的等级低一级。第三、在孔和轴配合时，先考虑优先公差带的选用，新旧公差对照表如表1所示。

（3）配合的选用。在选用配合的时候先考虑优先配合与优先公差带，再考虑常用配合和常用公差带，也可以根据实际需要选择合适的孔和轴的公差带。

2 公差在机械设计与制造中的应用

机械产品从设计到制造，每一个环节都离不开公差与配合。要求设计人员与制造工人在工作过程中要按照不同的公差要求对自己的产品进行设计和加工。

1）在石油钻井设备设计中公差配合的推荐选用

石油机械绝大部分工作在环境恶劣的野外、孤独无依的海上和戈壁荒漠中。因此，在设计石油机械的时候，不能完全按照设计手册的公差配合进行选取，首先应该考虑它的耐用性、经济性以及便于维护性等因素。

（1）与轴配合时公差的选用。如齿轮、链轮、皮带轮与轴配合时候，受载荷较大时选用公差H7/p6、H7/n6、P6-P8/k6、M7/k6、H7/s6、P7/h7、S8/k6、H7/t7、R8/K6；所受载荷较小时选用公差H8/k7。

（2）轴承件配合中公差选用。当它用于支撑时，和孔配合选用G7，和轴配合选用m6、p6、k6。通常情况与孔配合采用H7，与轴配合采用K6；当它用于空套旋转时，与孔的配合公差选H7，与轴配合公差选m6、h6、k6。

（3）键与轴、毂的配合公差选用。普通平键、导向平键和方键键槽松连接时选用轴的极限偏差H9、毂的极限偏差D10；正常情况时，轴的极限偏差N9、毂的极限偏差JS9；连接较紧时轴的极限偏差P9、毂的极限偏差P9。键的极限偏差，普通平键宽度极限偏差h9，高度极限偏差h11；导向平键的宽度极限偏差h9，高度极限偏差h11；方键宽度极限偏差h9，高度极限偏差h9。

2）零件单件生产过程中的公差配合

互相配合的孔和轴如果分别按设计好的图纸进行加工，而且每个零件在加工完成后又都符合要求，但到装配时候会发现两个零件的配合却达不到设计的要求。例如：孔和轴的配合尺寸为轴Φ50-0.017，孔为Φ50+0.027，而假设都把他们加工成Φ50.000 mm，且他们都符合尺寸要求，那轴和孔的配合间隙就为0，那它们就不存在滑动。因此这种配合都不是实际生产中所需要的加工尺寸。之所以出现这种现象，是由于现行的公差制度建立在大量生产统计的规律基础之上。实际生产中，大量的加工尺寸误差都是随机的，它们通常符合正态分布的规律，如图1 所示。也就是实际尺寸分布在中间的零件数量比两端的数目要大很多，几乎包括全部生产零件的99.73%，其余0.27%基本就是小概率事件。

图1 正太分布如图

实际生产中，使用的极限量具并不能够直接检测出加工零件的实际尺寸，它只能通过“过端”和“止端”判断零件是否合格。而这种极限量具在设计时候，就存在误差。因此，在实际生产中，虽然零件的尺寸符合设计要求，也有不能够满足配合需要的情况发生。

3）机械设备日常维修中公差的应用

在设备的维修中选取配合种类的原则是：

（1）确定基准制。国家标准规定的基准制是基轴制和基孔制两类，根据实际配合需要选取基准制。

（2）配合部位的受力情况和装配形式。如果配合面仅起定心作用时，可选取配合H7/h6、H7/js6、H7/k6；如果配合面传递较大扭矩且受冲击载荷时，可选取配合H7/js6或 H7/K6；如果配合面传递扭矩较小且不受冲击时，可选取配合H7/h6或H7/js6。

（3）选择配合时必须考虑实际装配的情况经常拆换的零件尽量选取较松的配合；不经常拆动的部分尽量选用较紧的配合。

（4）零件加工方法对配合的影响。根据零件的性能要求，必须做适当的调整，尽量减少加工方法对配合的影响，才能够保证配合的质量要求。

[1] GB/T1804-2000.一般公差——未注公差的线性和角度尺寸的公差[S].

[2] 李彩霞.机械精度设计与检测技术[M].上海：上海交通大学出版社,2004.

[3] 王伯平.互换性与测量技术基础[M].北京：机械工业出版社,2005.

[4] 陈隆德，赵福令.机械精度设计与检测技术[M].北京：机械工业出版社,2000.