公差配合在機械設計與機械制造中的應用

鄒 樺，石蓮英

（1.湖北工程職業學院，湖北 黃石 435000；2.湖北信息工程學校，湖北 荊門 448000）

機械設計是設計者根據使用要求對機械的工作原理、結構、運動方式、力和能量的傳遞方式、各個零件的材料和形狀尺寸、潤滑方法等進行構思、分析和計算并將其轉化為具體的描述以作為制造依據的工作過程。機械制造是操作者根據機械圖樣運用工具（如機床）對毛坯進行加工，通過測量制造出符合技術要求的零件，然后將它們裝配成部件或整臺機器的生產過程。機械設計時在零件圖、裝配圖中設計者能否正確選用和標注出公差、配合代號；機械制造時，操作者能否確保零件的制造誤差在公差范圍內，裝配能否按照配合代號要求進行，既滿足產品質量要求，又滿足經濟性、互換性要求。

1 公差與配合

（1）公差。公差是零件實際幾何參數允許的最大變動量，其中幾何參數既包括機械加工中的幾何參數，也包括物理、化學等參數。對于機械制造，零件的幾何參數主要指尺寸（包括長度、直徑、角度等）、幾何誤差、表面粗糙度等。要保證零件具有互換性，在滿足使用性能的前提下，只要使同一規格零件的幾何參數在一定范圍內變動即可，沒有必要也不可能使它們完全一致。

公差根據幾何參數可分為尺寸公差、幾何公差、表面粗糙度三大類。其中尺寸公差是允許零件尺寸的變動量。幾何公差分為形狀公差、方向公差、位置公差、跳動公差。形狀公差是指單一實際要素的形狀所允許的變動全量；方向公差是指關聯實際要素的方向對基準的變動全量；位置公差是指關聯實際要素的位置對基準的變動全量；跳動公差是限制被測實際表面相對基準軸線的變動全量。表面粗糙度是指由零件表面的較小間距和峰谷組成的微觀幾何形狀誤差。

所謂公差值，就是指公差大小的一個量。對于尺寸公差，國家規定20個標準公差等級，即IT01、IT0、IT1……IT18共20級，其中8級為中等精度，常用高精度有7級、6級、5級，常用低精度有9級、10級、11級、12級。對于幾何公差，根據幾何公差項目不同，國家標準對11項幾何公差（除線、面輪廓度公差、位置度公差外）作了規定，圓度、圓柱度劃分為13級，即0～12級；其余的劃分為12級，即1～12級。對于粗糙度值，其分布采用了優先數系的派生系列規則，即常用的為 0.4、0.8、1.6、3.2、6.3、12.5 等。

（2）配合。配合是指公稱尺寸相同的、相互結合的孔和軸公差帶之間的關系。根據孔、軸公差帶不同位置關系，配合可分為間隙配合、過盈配合、過渡配合。

配合精度是指配合后間隙或過盈的變化范圍的大小。配合公差。配合公差決定配合精度，所以要提高配合精度，使配合后間隙或過盈的變化范圍減小，就應減小零件的公差，即要提高零件的加工精度。

配合制（也稱基準制）是指同一極限制的孔和軸組成配合的一種制度。它可分為基孔制和基軸制。基孔制是指基本偏差固定不變的孔的公差帶與不同基本偏差軸的公差帶形成的各種配合；基軸制是指基本偏差固定不變的軸的公差帶與不同基本偏差孔的公差帶形成的各種配合。

2 公差配合在機械設計與機械制造中的應用

（1）機械設計中公差配合的選用。公差與配合能否正確選用，直接關系著一件產品甚至一部機器的質量和它的壽命。選用時要根據機器中不同部位的零件（重要零件還是次要零件）或同一零件上的不同部位（配合部位還是非配合部位）的具體問題做具體分析，而后作出選擇。但公差配合總的選擇原則是在滿足使用要求的前提下能獲得最佳的經濟效益。

對于配合件（如孔、軸配合），主要考慮基準制的選擇和配合的選擇：①基準制的選用。優先選用基孔制。某些情況下采用基軸制，如采用具有一定公差等級（IT8—IT11）的冷拉棒材制作軸、與標準件相配合的孔（滾動軸承外圈與殼孔、平鍵與軸槽配合）、多個零件裝配在同一公稱尺寸的軸上，選用基軸制。特殊情況下采用非基準制。②配合的選用。配合的選用采用類比法。盡可能先選用優先配合，再常用配合。

對于單個零件，主要考慮公差項目的選擇、公差等級與公差值的選擇：①公差項目的選擇主要是幾何公差項目的選擇。其選擇原則是：根據被測要素的幾何特征、結構特點及零件的使用要求，并考慮檢測的方便性和經濟性來進行選擇。②公差等級與公差值的選用。其選用方法多采用類比法。對于尺寸公差，其選用原則是在滿足使用要求的前提下，盡量選取較低的公差等級（或較大的公差值）。為了工藝等價，對于基本尺寸≤500mm、標準公差≤IT8時，國標推薦孔比軸低一級相配合，如H7/n6；對于基本尺寸＞500mm或基本尺寸﹤3mm的配合或標準公差＞IT8級時，國標推薦孔、軸同級配合，如H9/e9。過盈、過渡配合的公差等級不能太低，一般孔的標準公差≤IT8，軸的標準公差≤IT7。間隙配合則不受此限制。但間隙小的配合，公差等級應較高。對于幾何公差，公差值應符合t形狀＜t方向＜t位置。對于表面粗糙度值的選用多采用值Ra。

（2）公差配合在機械設計與機械制造中的實例分析。

圖1 減速器輸出軸的軸系部件圖

分析：①基準制的選用：輸出軸與聯軸器、齒輪、滾動軸承內圈的配合采用基孔制。滾動軸承外圈與殼孔、平鍵與鍵槽的配合采用基軸制。輸出軸與套筒、軸承蓋與殼孔的配合可采用非基準制。②公差的選用：輸出軸與聯軸器、齒輪的配合受載荷較小時選用H8/k7、H8/k7；受載荷較大時選用H8/n7、H7/r6。輸出軸滾動軸承內圈的配合只需標出軸的公差，選用k6、m6、p6；滾動軸承外圈與殼孔的配合只需標出孔的公差，選用G7、H7、J7、K7。平鍵與鍵槽的配合，鍵寬為 h8，軸槽寬為 H9、N9、P9，鍵槽寬為 D10、JS10、P9。輸出軸與套筒的配合選用E9/k6、F9/k6；軸承蓋與殼孔的配合選用J7/e9。