配制配合公差在零件尺寸公差的運用

高景玉

（廣東省輕工職業技術學校，廣東 廣州 510310）

配制配合是在“配做”的基礎上進行標準化后的一種工藝措施，它把設計、工藝及生產人員對“配做”配合的理解統一在一個標準中。由于不同人員對配合的理解不同，而使具有相同要求的配合件的配合量相差很大，這就無法保證配合件的質量，同時給生產和管理也帶來不利。配制配合是以一個零件的實際尺寸來配制，與之配合的零件配制偏差是以先加工完的工件的實際尺寸作為起始尺寸來確定。因此，研究配制配合中配合公差的計算方法和實際尺寸測量誤差對配合公差的影響以及減小這些影響等是具有十分重要的意義的。

1 實際尺寸的測量誤差

指導性技術條件JB/Z144-179“配制配合”中明確指出,配制配合的適用范圍為尺寸大于500mm的配合零件,與尺寸小于等于500mm的常用尺寸段相比,它的公差與配合存在下列特點:

1.1 標準公差

在“公差與配合”國家標準中,大尺寸的公差單位為：

常用尺寸段的公差單位為:

兩者相比,隨基本尺寸的增加,大尺寸段的公差單位呈直線關系式增加,速度遠大于呈冪函數增加的常用尺寸段。這主要是由于大尺寸工件制造時隨著基本尺寸的加大,構成公差單位的主要誤差將由加工誤差轉向測量誤差、溫度誤差以及形位誤差等的綜合。

1.2 溫度誤差

基本尺寸小于等于500mm時,由溫度引起的尺寸變化所產生的誤差,在工件公差中只占一個很小的比例,可以忽略不計。當基本尺寸大于500mm至3150mm時,溫度的影響是一個重要因素。例如,一個基本尺寸為3000mm,公差為IT6的鋼制工件,當溫度變化5℃時引起的尺寸變化將會達到公差值的140%。

1.3 測量誤差

在大尺寸零件生產中,對在車間條件下實用的、高精度的測量器具的研究以及對大尺寸的測量誤差及其規律的研究目前不只是處于探索階段。

在20世紀60年代,英國國家物理實驗室(NPL)曾對大尺寸的測量精度進行了一些實驗研究,得到的主要結論如下:

①大尺寸的工業測量值大多傾向小于實際尺寸；

②大尺寸的外徑測量比內孔測量的測量誤差更大；

③在測量裝置、測量基準、測量技術和溫度條件等諸因素中,測量基準是很重要的。如果能對測量基準和測量技術略作改進并注意測量器具的合理支承,盡量注意比較測量和注意測量線與被測尺寸線的“找正”,將會大大提高測量精度；

④溫度誤差主要來源于被測工件與測量器具的溫度差異,而非溫度的波動。

英國國家標準“極限與配合”(BS1916-1963)引用了NPL的工作成果,給出了在現代化的制造車間中,一般正常情況下測量的極限誤差:

①絕對測量的精度不優于±30μm/m；

②如果在測量時具有特殊設備和經驗,則絕對測量精度不優于±15μm/m；

③用比較法測量的精度不優于±15μm/m；

④±10μm/m 可能是實際的極限。

2 配制配合中的配合公差

2.1 配制配合原則

①根據配合件的使用要求,按互換性生產選取配合,配制的結果應滿足其配合公差的要求；

②一般選取較難加工、但能得到較高測量精度的那個零件作先加工件 (在多數情況下是孔),并給它一個比較容易達到的制造公差；

③ 配制件 (多數情況下為軸)的公差按配合公差來選,它的偏差和極限尺寸都以先加工件的實際尺寸為基數來確定；

④ 將先加工件的實際尺寸和配制件制造公差數值存檔備查。

2.2 配合公差的計算

配制配合的公差設計實際上是一個公差轉移的過程,即將先加工件的制造公差轉移給配制件。當先加工件的實際尺寸沒有測量誤差時,配合公差Tf就等于配制件的公差Ts,即:

此時可以把先加工件看作為:

其中:Th、Ts分別為先加工件孔和配制件軸的公差；

ES、EI分別為先加工件孔的上下偏差。

在這種情況下可以實現制造公差的轉移。

由于先加工件的實際尺寸是通過測量得到的,它必然會存在測量誤差ZU；,此時的配合公差為:

在這種情況下制造公差的轉移是不完全的,并且可以把誤差看作是先加工件實際尺寸的制造公差。

下面將舉例說明配制配合公差的計算方法。

例:基本尺寸為φ3000mm的孔軸配合。根據設計要求它的最大間隙Xmax=+0.960mm,最小間隙Xmin=+0.290mm。今采用配制配合生產方式,試求它的配合公差Tf。

選孔為先加工件。按“公差與配合”國家標準選出適當的配合為:φ3000mmH8/e8MF,此時Xmax=+0.950mm,Xmin=+0.290mm,Tf=Xmax-Xmin=0.950-0.290=0.660mm。

這個配合能滿足設計要求。它的公差帶圖和配合公差帶如圖1所示。圖中①為設計要求的配合公差,②為從國標選用的配合公差。

確定先加工件為孔,并且按φ3000H12制造。制造時應保持圖樣上規定的形位公差和表面粗糙度要求,不能因為采用配制配合而有所降低。測得它的實際尺寸La=φ3000.667mm；

因為本配制配合是間隙配合,所以配制配合件軸的基本偏差為上偏差,即es=-Xmin=-0.290mm,當測出先加工件的實際尺寸La作為配制配合的基本尺寸后,在不考慮測量誤差的情況下就可以把先加工件看作是一個沒有制造公差的理想尺寸,即在這種情況下,配制配合的配合公差已全部轉移給了配制件,所以在配制配合中,配制件的制造公差就是配合公差,即:

它的下偏差為:

ei=es-Tf=-0.290-0.66=-0.950mm然后按基本尺寸e=φ3000mm,上偏差es=-0.290mm和下偏差ei=-0.950mm,從“公差與配合”國標中找出與它相近的配制件軸的公差帶為e9,則在配制件圖樣上,尺寸標注為φ3000e9MF或此時的配合公差Tf=es-ei=-0.290-(-0.830)=0.540mm。

2.3 對配合件配合性質的影響

配合公差變小，配合精度會提高，配合件制造公差隨之變小，制造精度提高，成本加大；配合公差變大，配合精度會降低，配合件制造公差隨之變大，制造精度降低，成本減少。如果配合公差大于了保證配合性質所給出的數值，就不能滿足配合要求了。

在上例中，設先加工件孔的實際尺寸La的測量誤差ZU=±0.09mm,此時配合件的極限間隙和配合公差為(圖2):

配合件的公差帶及由測量誤差引起的極限尺寸變化范圍見圖2。配合公差帶及由由測量誤差引起的配合公差帶的變化范圍見圖2。

由此可見,由于實際尺寸La測量誤差的存在,將引起配合公差Tf和極限間隙的變化,而且變化的幅度較大,本例中在極限情況下變化量高達33.3%。

3 保證配制配合的配合性質的方法

配制件軸是按“檢驗國標”驗收的,因此它的制造公差是保證公差,超出的概率小于先加工件孔的實際尺寸的測量誤差的存在,相當于使原孔軸配合的配合公差擴大了。為了保證原配合性質,原則上可以采取以下幾種方法:

①減小實際尺寸的測量誤差 (包括溫度引起的測量誤差)；②嚴格控制幾何形狀誤差和表面粗糙度；③減小原給定的配合公差；④在設計時明確要求配合件遵守包容原則和最大實體原則；⑤用量規或虛擬量規(回轉測量法或兩點法+形狀誤差測量方法)驗收工件；⑥在制造配制件軸時,加大它的安全裕度,也就是內縮配制件制造公差的方法來補償由于先加工件孔的測量誤差帶來的超出原給定配合公差的可能性。

4 結語

在配制配合中,先加工件實際尺寸的測量誤差會引起配合公差的改變，對配合件中配合性質的影響也比較大。由于采用配制配合的工件尺寸大、重量重、成本高,所以一般情況下不能輕易報廢,因此深入研究配制配合中零件的尺寸公差確定及保證配制配合的配合性質的理論和方法具有十分重要的意義。

[1]吳波.機械可靠性設計中的零件尺寸公差[J].機械設計，1990-08-29.