公差配合在機械設(shè)計與制造中的應(yīng)用

王曉培

[齊齊哈爾二機床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，黑龍江 齊齊哈爾 161005]

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)發(fā)展也越來越快。而機械設(shè)計與制造是工業(yè)發(fā)展的源動力。在工業(yè)迅速發(fā)展的背景下，我國機械設(shè)計與制造技術(shù)也在不斷更新。公差配合是機械設(shè)計與制造的重要組成部分，對提升零件質(zhì)量、降低投入成本有著非常重要的作用。顯然，加大對公差配合在機械設(shè)計與制造中的應(yīng)用研究非常有必要。

1 公差配合的概念

1.1 公差

所謂公差是指可變動的零件幾何參數(shù)量。在機械設(shè)計與制造中幾何參數(shù)是指直徑、角度、長度、寬度等物理參數(shù)。在機械設(shè)計與制造中，需要確保零件具有可換性。對于可換的零件，在具有基本使用功能的前提下還要確認(rèn)其規(guī)格在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)變動。而這個標(biāo)準(zhǔn)范圍就是由公差所決定的。公差可分為尺寸公差，即零件尺寸所允許的變動范圍；形狀公差，即零件幾何要素形狀可允許的變動范圍；位置公差，即零件幾何要素的位置可允許變動范圍。另外，在國際標(biāo)準(zhǔn)中，公差的等級分為IT01、IT0、IT1、IT2......IT18共20個等級。數(shù)字越大，公差等級越小，可允許變動范圍越大，加工難度越小。

1.2 配合

配合是指公差尺寸相同且相互結(jié)合的孔、軸公差帶關(guān)系。從位置角度來講，配合包括過盈配合、過渡配合、間隙配合。不同的孔和軸之間的配合具有不同的松緊要求，過盈、間隙的大小就是表示松緊程度的。間隙配合就是具有間隙的配合，即間隙值在最大間隙、最小間隙之間變動的配合，最大間隙值是孔的公差值與軸的公共值之差，最小間隙值為零。過盈配合與間隙配合相反，其顯著特征是孔公差帶在軸公差帶之下，其最大過盈配合值是孔最小公差值與軸最大公差值之差，最小過盈值為零。而過渡配合是指可能具有間隙、過盈的配合。孔公差帶與軸公差帶不再具有上下之分，而是交叉在一起。

1.3 公差配合

結(jié)合公差、配合的定義可得出公差配合的定義是在間隙、過盈范圍內(nèi)的變動量。在機械設(shè)計與制造中，配合公差影響著配合精度。通過降低配合公差能縮小配合間隙，從而提高零件的精確度。在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，配合制主要包括基孔制和基軸制，其中基孔制具有優(yōu)先性。但在以下3種情況下易選用基軸制：（1）相同尺寸的某一段軸，需與配合種類不用的孔結(jié)合；（2）在一些等直徑長軸的配合應(yīng)用中；（3）在一些特殊零部件中。

1.4 公差配合與機械設(shè)計與制造的關(guān)系

在機械設(shè)計與制造中，公差配合的主要應(yīng)用體現(xiàn)在控制零件精度、評估零件表面質(zhì)量兩個方面。在精度控制方面，加工條件的不同會導(dǎo)致零部件幾何參數(shù)有所不同，因此要選取合理的公差保證零部的精度。通常在行業(yè)中較為常用的精度包括尺寸精度、位置精度和幾何形狀精度。在零件表明質(zhì)量評估方面，主要是分析產(chǎn)品誤差。可見，公差配合對機械設(shè)計與制造具有非常重要的影響。

2 公差配合在機械設(shè)計與制造中的應(yīng)用

2.1 在機械設(shè)計中的選用

公差配合可以說決定了機械設(shè)計產(chǎn)品的使用性能高低和壽命長短。在機械設(shè)計中選用公差配合是需要依據(jù)產(chǎn)品實際情況，并從最優(yōu)化的角度出發(fā)選擇能夠獲得最大經(jīng)濟(jì)效益的公差配合。

不同部位的零件和零件的不同部位，其公差配合選擇方法都有所不同。就配合件而言，要先分析選擇哪種基準(zhǔn)制和配合。在基準(zhǔn)制選擇方面，上述已經(jīng)提到過要優(yōu)先考慮基孔制，某些情況下可以考慮基軸制。而在配合方面，可以通過類比法實現(xiàn)。首選是優(yōu)先配合，而后才是普通配合。以石油鉆井機械設(shè)備設(shè)計為例，在公差配合設(shè)計方面則無法按照傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)來選擇。畢竟它的應(yīng)用環(huán)境較為惡劣。一般情況下，對該設(shè)備的設(shè)計主要從經(jīng)濟(jì)、耐用角度考慮。詳細(xì)地說就是在配合公差的選用之上，要認(rèn)真考慮設(shè)備鏈輪、齒輪在配合時所承受的負(fù)荷。受荷載大小不同，其公差配合也不同。較大時可以選用H8/k7，較小時可選擇H7/p6等。但在鍵、軸等配合公差的選擇時需要依據(jù)各零件特點選擇合理的偏差值。如需要確定平鍵的寬度極限偏差值、高度極限偏差值等。又如以車床夾具公差選擇為例。在選擇時不僅要依據(jù)公差配合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，更要從經(jīng)濟(jì)、實用的角度出發(fā)。在此設(shè)計過程中應(yīng)注意以下內(nèi)容：（1）對于軸承件，在選擇配合公差時要依據(jù)其具體用途。如果是用于空套旋轉(zhuǎn)，相同孔的公差配合可選擇H7，相同軸的公差配合可選擇H6、m6等。如果是用于支撐，那么相同孔的公差配合可選擇G，相同軸的公差配合可選擇k6、m6等。（2）軸配合情況下公差的選擇要依據(jù)產(chǎn)品特點選擇。如轂的極限偏差一般為JS9。

2.2 在單零件生產(chǎn)中的選用

就單零件來說，其主要選擇內(nèi)容是公差項目、等級以及公差值。其實在機械設(shè)計與制造中公差項目的選擇就是選擇結(jié)合項目，如直徑、長度等。在選擇中還需依據(jù)以下原則：依據(jù)被測要素的幾何性質(zhì)，從經(jīng)濟(jì)、實用的角度分析其實用性。而在公差等級與公差值的選擇上，較為常用的選擇用方法是類比法。但仍要考慮在滿足基本需求的狀況下，盡可能選擇低等級的公差和較大的公差值。這樣才能保證按照圖紙生產(chǎn)出的軸和孔具有良好的配合性。另外，在零件大量生產(chǎn)方面，習(xí)慣使用擋塊控制加工尺寸。在實際加工中只要將被加工零件的尺寸分布重點調(diào)整到公差帶中心，就可以大量生產(chǎn)出滿足要求的零件。而且大量的生產(chǎn)實際案例證明機械產(chǎn)品的加工誤差雖然是隨機的，但是這些誤差值符合正態(tài)分布規(guī)律。如果單件零件生產(chǎn)，那么主要是依靠人工控制尺寸來獲得最小最大尺寸值。通常操作者也會在加工孔時控制最小極限值處，在加工軸時則控制到最大極限值處。可以說，只有大量的零件生產(chǎn)，其零件尺寸分布才會符合正態(tài)分布，且其零件配合也符合該規(guī)律。這也就意味著在實際的生產(chǎn)中是不會出現(xiàn)極限配合尺寸的。但在單零件生產(chǎn)中，由于人為地控制，因此，理論上是可以出現(xiàn)極限配合尺寸的。

2.3 在機械設(shè)備日常維護(hù)中的選用

隨著我國機械設(shè)計與制造行業(yè)的發(fā)展，業(yè)內(nèi)已經(jīng)形成一套完善的配合選用標(biāo)準(zhǔn)。此外，國家也出臺了相應(yīng)的選擇標(biāo)準(zhǔn)。配合比較常見的選擇方法包括類比法、實驗法和計算法。其中類比法是指通過參照已經(jīng)存在的公差等級，結(jié)合零件特點、工藝等進(jìn)行工程等級的分析、對比。其基本步驟包括：依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)確定配合類別、確定采用優(yōu)先配合還是常用配合、依據(jù)實際工作條件對配合松緊進(jìn)行調(diào)整最終確定配合方法。這種方法比較常見的配合選擇方法，而實驗法周期較長、成本也比較高，計算法的計算量非常大，且比較復(fù)雜。這種方法都不常用。另外，需要注意的是在選擇配合時還應(yīng)遵循以下原則：（1）推薦優(yōu)先使用基孔制。但是在實際生產(chǎn)中可依事實而定，這樣才能提高經(jīng)濟(jì)效益。（2）不用零件的加工方法有所不同。在配合選擇時還應(yīng)考慮零件的加工實際。比如根據(jù)實際加工需求，合理調(diào)整配合，從而盡可能地降低加工對配合的影響，提高機械產(chǎn)品質(zhì)量。（3）對于經(jīng)常更換的零件可選擇較松的配合，對于不易且不常變動的零件可選擇較緊的配合。

以制漿造紙設(shè)備為例，該設(shè)備的運行環(huán)境極其惡劣，設(shè)備零件損壞非常快。關(guān)鍵在設(shè)備購買之時并無裝配圖。為此，在維修時必須要正確選擇配合種類。結(jié)合實際在選擇配合時需要考慮以下情況：（1）配合部位的受力情況和裝配方式。在制漿造紙設(shè)備中，如果是依靠配合面彈性力實現(xiàn)傳遞扭矩，則應(yīng)當(dāng)選擇過盈配合。需要注意的是如果傳遞的扭矩同等大小，其零件的裝配方式有所不同，則其配合方式也會存在不同。如果是僅僅依靠配合面起到定心的作用，那么就可以選擇類似H7/H6的配合。（2）還應(yīng)當(dāng)切實考慮零件裝配的難易程度。如果選擇過盈量較大的配合，則其配合的裝配、拆卸都會非常難。這對于造紙廠來說是極其不利于維護(hù)的。另外，在考慮裝配難度的同時還應(yīng)對零件的尺寸大小、形狀進(jìn)行全面的考慮。大尺寸的配合面可以選擇比較松的配合，小尺寸就選擇比較緊的配合。如果零件屬于實心厚壁形狀，其彈性較小，易選擇較松的配合。反之，選用較緊的配合。（3）軸承是需要經(jīng)常更換的零件。為此，還應(yīng)當(dāng)合理選擇軸承配合以提升設(shè)備使用性能。

3 結(jié)語

公差配合是機械設(shè)計與制造的關(guān)鍵所在。在實際應(yīng)用中，應(yīng)綜合考慮各方面的因素，科學(xué)確定公差與配合。這樣才能不斷提升機械設(shè)備的使用性能，才能降低設(shè)備的制造、維修成本。相信隨著我國工業(yè)的發(fā)展，公差配合的應(yīng)用也會越來越廣泛。