一种轴孔配合结构装配困难的原因分析及改进

冯梦丽

（陕西法士特齿轮有限公司汽车传动工程研究院，陕西 西安 710119）

引言

轴孔配合的结构在机械产品中应用十分广泛，在变速器产品上有多处使用。其精度设计亦是产品设计中重要的部分。设计过程是一个发展的动态过程，在实际的生产过程中，我们更需要不断地调整公差大小与生产成本及产品使用可靠性方面的关系，科学进行适应性设计。但是在实际适应性设计中，一些细节性的选择同样后续的生产使用造成巨大的影响，本文阐述的就是一个典型的精度设计影响生产使用问题的原因分析和解决方案。

1 问题来源

接装配现场反馈，变速箱某处轴与孔结构装配过程中频频出现装配困难的问题，严重时无法完成装配，甚至由于装配过程中的操作力度过大导致个别零件的损坏报废。严重影响了现场的装配效率，也造成了一定的经济损失。

此机构为变速箱产品上常用的一处结构，使用较为广泛。工作时，轴应可在孔内顺畅旋转，但应尽量避免其轴向窜动过大。轴与孔的配合如不合适不但影响装配质量，亦会影响其正常工作，引起磨损，降低其使用寿命。因此需要对其装配困难原因进行分析，优化其结构设计，并对后续同类结构的设计提供参考。

2 原因分析

首先，对多批次零件的轴径及孔径进行检测，确认零件尺寸符合图纸要求，排除了由于生产加工不合格造成装配困难的可能。

其次，结合实际应用的需要，对产品结构图纸进行研究分析。

此两个零件属于典型的轴孔配合结构。同一轴与基本尺寸相同的两个孔相配合，且配合性质相同。应用环境属于易于转动的支撑用的配合，温度影响不大。

根据常规设计经验，从工艺上和宏观经济效益的角度考虑，优先选基孔制配。

通常轴孔的配合可分为过盈配合、过渡配合、间隙配合三种。若轴与孔间可相对运动则可选择过渡配合，介于相对运动和固定之间选择过盈配合，轴与孔不发生相对运动则选择固定连接。此处轴孔配合结构应选用间隙配合。

表1

表2

现有设计轴径￠25（0、-0.021）、孔径 ￠25（+0.021、0）。对于孔的结构，同时有“两孔同心度不大于￠0.1”的几何公差要求。查询标准公差数值表（见表1），可以确认原设计对此处公称尺寸选用的公差等级为IT12。即该孔轴的配合状态为25H12/h12。查询同轴度、对称度、圆跳动和全跳动公差值表（见表2）可知几何公差的精度等级为10 级。

根据对产品设计的分析，我们发现会影响两个零件配合质量，造成装配困难原因可能的有以下两个方面：

（1）产品公差等级及等级配合

可以看到，现有的设计公差等级符合基本的设计原则要求，但尺寸精度等级相对偏低。同时在轴孔配合设计中，一般孔的公差精度等级应略低于轴的公差精度等级或持平。现有设计中，选择将轴与孔的公差精度等级设计为持平。这些因素都会影响到轴与孔配合质量。

（2）几何公差和公差等级的影响

装配时，拨叉轴需穿过拨叉支架上的两处轴孔，因此，对于分离拨叉支架上两轴孔的同轴度需进行一定的约束。而同心度则是同轴度的特殊形式，当被测要素为圆心，或薄型工件上的孔、轴的轴线时，可视作点而不是线，则它们对基准的同轴度可称为同心度。同轴度误差直接影响着工件的配合精度和使用情况，而同轴度误差反应在界面上的圆心的不同心即为同心度，同心度误差只体现圆心的偏移程度。所以原分离拨叉支架图面上对两轴孔几何公差的描述“两孔同心度不大于￠0.1”不合适。且给出的几何公差等级同样偏低。

3 解决/改进措施

根据上述分析，我们可以通过调整孔、轴之间的公差配合等级及对两轴孔的几何公差进行约束来改善其装配质量。

3.1 调整孔与轴配合的公差精度等级

保持优先考虑基孔制配合设计的理念，维持孔的极限偏差不变，将轴的极限偏差由原来的h12 调整为g6。即轴径尺寸￠25（0、-0.021）变更为￠25（-0.007、-0.020）。

表3

3.2 修正两轴孔处几何公差的要求

将分离拨叉支架图面上两轴孔处同心度要求更改为同轴度要求。为更好的保证装配顺畅，同时提高其公差等级要求。将“两孔同心度不大于￠0.1”更改为“两孔同轴度误差不大于φ0.05”。

4 改进效果及总结

改进后，对产品现场试装，装配顺畅。后经过一段时间的观察，现场拨叉轴装配困难的问题得到了解决。减少了故障损失，优化了装配质量，提高了装配效率。

孔、轴配合是机械设计中常用到的一种配合结构。在一般情况下，优先选用基孔制配合。如有特殊需要，允许将任一孔、轴公差带组合成配合。在实际应用中，则应综合考虑结构的应用环境，实际的加工能力，装配质量、生产成本控制等多因素的影响。除公称尺寸的选择外，更不可忽视公差精度等级的配合、几何公差以及表面粗糙度的要求。

本改进看似只是在原设计的基础上对公差等级和几何公差进行了微小调整，但其内在包含的设计理念却是非常的重要。机械设计是机械生产的第一步，是决定机械性能的主要因素。好的设计，在设计之初就需要综合考虑加工、装配、成本等各项因素。精准而考虑全面的设计能减少大量试制改进的工作，避免不必要的人力物力损失。“差之毫厘谬以千里”，这句话对于机械设计工作来说，尤为贴切。