公差配合在机械设计与机械制造中的应用初探

赵立勋

（中国原子能科学研究院，北京 102413）

公差配合在机械设计与机械制造中的应用初探

赵立勋

（中国原子能科学研究院，北京 102413）

在机械进行设计与制造时，每件机械的产品零件都有自身的标准，在实际的生产中，由于众多因素的影响，不能让每件产品的零件尺寸大小完全一致，所以，公差配合在机械设计与机械制造中的应用具有重要意义，它对于机械零件的生产，机械产品质量的达标都具有一定作用。本文将对公差配合在机械设计与机械制造中的应用进行探究。

公差配合；机械设计；机械制造；应用

机械的设计和制造是机械工业的动力，它为工业、交通运输业等多种领域的进步都起到了推动的作用。公差配合在机械设计与机械制造中的应用，能够起到节约生产时间、降低生产成本的作用，本文将对公差和配合进行简要分析，然后对其具体应用进行探究。

1 公差配合概述

1.1 公差概述

（1）公差定义。公差指的是零件的实际几何参数，可以允许最大变动量。几何参数包括了机械加工过程中的几何参数，还有物理参数和其涉及的化学参数等。机械制造中零件的几何参数指的是几何的误差、尺寸等。其中尺寸包括了直径、长度和角度等方面。在使用的基本要求得到满足的情况下，需要确保零件有互换性，即让同一规格的零件在一定程度内变动，没必要让其完全相同。

（2）公差的分类。公差依照这种几何参数，可以具体细分为尺寸公差、几何公差与表面的粗糙度3类，对这3类的公差值都有着不同的表述。

尺寸公差是零件尺寸在允许条件下，可以产生的变动程度，在尺寸公差里，我国规定共有20个标准公差等级，即IT01、IT0、IT1…IT18，其中经常使用的高进度为7级、6级和5级，常用的低精度为9级、10级、11级与12级。

而几何公差可以分为方向公差、跳动公差、形状公差和位置公差，在几何公差里，依照几何公差项目，国家将11项集合公差作出了标准，即圆柱度和圆度划分为13级（0～12级），剩下的划分为12级（1～12级）。

表1 基孔制过盈配合特性及应用表

表面的粗糙度指的是零件表面峰谷或间距造成的微观几何形状误差，对于这种粗糙度的数值，需要遵循优先数系的派生系列规则，普遍使用的是0.4、0.8、1.6、3.2等。

1.2 配合概述

配合指的是相互结合且公称尺寸相同的孔与轴公差带的关系。依照位置的不同，配合可以分为过盈配合、过渡配合与间隙配合。拿过盈配合为例，其基孔制的配合特性及应用可见表1。

根据表1，我们可以看出基孔制过盈配合，在基本偏差不同的情况下，其不同的配合特性与应用。

配合公差对配合精度有着决定性的作用，因此，将零件公差减少，就可以让配合间隙缩小，进而将零件之间的配合精度进行提高。而配合制指的是同一极限制的孔轴组成配合的制度，可分为基轴制和基孔制。前者指的是不同基本偏差孔公差带和基本偏差固定不变的轴公差带形成的各种配合；而后者指的是不同基本偏差轴公差带和基本偏差不变的孔的公差带形成的各种配合。

2 公差配合在机械设计与机械制造中的应用

2.1 公差配合在机械设计中的选用

公差配合能否正确应用，决定了一件产品、一部机器的质量和它的使用寿命。在对此进行选用时，需要观察机器中不同部位的零件，是次要零件还是重要零件，或是观察同一零件上的不同部位，是非配合部位还是配合部位，然后才能进行选择应用。

（1）配合件中的应用。相对于像孔、轴这样的配合件，需要重点考虑的是配合的选择与基准值的选择。在配合的选择方面，配合选用应该采取类比的方法；在基准制方面，应该对基孔制采取优先选择的原则，在少数情况下，采用基轴制，如在采用具有一定公差登记（IT8-IT11）冷拉棒材制作轴，且多个零件装配在同一公称大小轴上，就需要采取基轴制的方法。在公差的选择上，需要对优先公差带的选用进行考虑。在具体选用时，需要结合实际情况进行分析，如在石油钻井这样的机械设备的设计与制造中，由于工作环境的特殊性，就不能完全按照设计的手册进行公差配合设计。

反而应该优先考虑它的经济性和耐用性。如在选用和轴配合的公差时，就需要考虑这些设备的链轮、齿轮在配合时，受荷载较小就选择使用公差H8/k7；受载荷较大，就选择使用公差H7/p6，H7/n6、P6-P8/k6、M7/k6、H7/s6、P7/h7、S8/k6、H7/t7、R8/k6。在键和轴、毂配合公差选用时，导向平键、方键和普通按键的键槽松连接的情况下，需要选用轴的极限偏差为H9，毂极限偏差为D10；键的极限偏差，普通的平键宽度极限偏差h9，高度的极限偏差h11，导向平键的宽度极限偏差h9，高度的极限偏差h11，方键高度和宽度极限偏差都为h9。

（2）单个零件的应用。相对于单个零件，需要重点考虑的是公差项目的选择、公差等级的选择和公差值的选择。公差项目的选择就是几何公差项目的选择，依照被测要素的结构特点、几何特征以及零件的使用要求，从经济性与适用性上进行整体的选择；在公差等级的选用上需要遵循的原则主要有两条，一是在满足零件使用基本要求的情况下，优先选择使用较低等级的公差；二是在零件基本尺寸是500mm采用加高的配合等级情况下，考虑到孔的加工难度要比同等级的轴大，所以，一般使用的是基孔制。其选择的方法主要是类比法，在尺寸公差的选用上，首先应该确保使用要求能够得到满足，其次，应尽量选择相对较低的公差等级，或者是相对较大的公差值。相互配合的轴或孔需要注意按照图纸进行加工后，具有很好的装配性。大量生产统计规律决定了现行的公差制度，假设轴配合尺寸为φ50-0.017，孔的配合尺寸为φ50+0.027，如果按照尺寸要求下，将轴和孔都加工为φ50.000mm，那么在配合上就不能产生滑动效果，这种配合就是失败的。在实际的生产里，很多有关于加工尺寸的误差都是随机的，这些误差一般都符合正态分布规律，分布在实际尺寸两端的零件数量，要比分布在中间的零件数量要小很多。

在实际的生产中，极限量具的利用不能够对加工零件的实际尺寸进行直接检测，一般情况下，它只能通过止端与过端对零件的合格进行判断。而这些极限的量具在设计时就会有误差出现。因此零件的尺寸基石在要求之内，也不能让配合需要全部满足。

为确保工艺的等价，在基本尺寸不大于500mm，标准公差不大于IT8的情况下，国标推荐孔比轴低一级互相配合，像H7/n6；基本尺寸大于500mm，基本尺寸小3mm或者是标准公差大于IT8时，国标推荐孔和轴应该进行同级的配合，像H9/e9。对于过度或者是过盈的情况，其配合公差等级要得到良好地控制，普遍情况下，孔的标准公差需要小于或等于IT8，轴的标准公差不能大于IT7。间隙的配合不会受到这种限制，可是，对于间隙很小情况下进行配合，公差的等级应该相对较高一点。公差配合在机械设计和机械制造中，结合实际情况，可以进行延伸公差带的应用，让实际误差保持在设计误差之下，本文对此不作过多赘述。

2.2 公差配合在机械设计与机械制造中的应用实例

如图1，它是某个减速器输出轴的轴系部件图。

图1 减速器输出轴的轴系部件图

如图1所示，现在我们对此进行公差配合应用的分析。

(1)基准制的选用。在基准制选用上，输出轴和联轴器、齿轮以及滚动轴承的内圈配合采用的是基孔制。滚动轴承的外圈和壳孔之间的配合，可以选择采用非基准制。

(2)公差的选用。在公差的选用上，输出轴和联轴器以及齿轮之间的配合，我们要根据受载荷的大小进行选用，在受载荷较大的情况下，我们需要选择使用H8/n7、H7/r6；在受载荷较小的情况下，应该选择使用H8/k7、H8/k7。输出轴滚动轴承内圈的配合，仅仅需要标出轴的公差，选择使用的是k6、m6和p6。壳孔和滚动轴承外圈配合，仅仅需要标出孔的公差，选择使用的是G7、H7、J7、K7。结合图1，期轴槽宽为H9、NN9、P9，键宽是h8，键槽宽是D10、HS10、P9。套筒和输出轴配合，选择使用的是E9/k6、F9/k6，壳孔和轴承盖的配合，选择使用的是J7/c9。

3 结语

综上所述，在机械设计与机械制造中，公差配合的应用具有重要作用，通过结合实例的分析，我们了解了公差配合在机械设计与机械制造中的应用原则与应用方法。不过就目前来看，我国对于公差配合在机械设计与机械制造中的应用，还有着很大的潜力，还需要进一步的研究和实践。

[1]易忠奇.机械产品制造中公差配合的选用[J].精密制造与自动化,2015,04:49-50+60.

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：1671-0711（2017）09（下）-0199-02