公差配合在機械設計與機械制造中的應用

李春艷

（四川交通職業技術學院，成都 611130）

1 基本概念

1.1 公差

公差廣泛存在于機械制造行業，是機械制造的重要參數變動量，它包括物理、化學、電力工程等輔助性學科類型的參數，零件的幾何參數也是機械制造公差的重要因素。為了確定產品的參數，使產品的各方面數據達到統一，實現標準化生產，以備日后與其他工具進行配合和互換，公差可以分為尺寸工差（機械幾何參數的波動范圍）、形狀公差（幾何參數所對應的單一形狀的變動范圍）、位置公差（關聯實際要素的位置與基準之間的參數值變化）。在制造過程中，按照公差等級確定制造工具的尺寸精密度，公差等級越高，尺寸允許的變動范圍越小，制造出來的器械越精密。

1.2 配合

配合是指基本尺寸相同、相互結合的孔和軸公差帶之間的關系，根據一個零件的標準尺寸，零件之間可以進行互換，從而選擇另一個零件。

1.3 公差配合

公差配合是指組成機械配合中孔、軸之間公差的和，是允許軸孔之間間隙大小的變動量，可以分為間隙配合、過盈配合。間隙配合又稱動配合，指軸孔之間有明顯空隙可以對接，軸可以轉動。過盈配合又稱為靜配合，軸孔之間沒有空隙，軸無法轉動。過渡配合介于間隙和過盈之間，無法確定軸孔之間是否有間隙可以轉動。

2 機械設計中公差配合的選用

2.1 機械設計中公差配合存在的意義

機械工業包括農業機械生產、化工設備、動力設備、礦物冶煉運輸設備等各種重要制造工業，現代機械生產要求規范化，各種工具型號有規定的標準，不同地區公司生產的機械零件可以互換，規格統一，不需要重新制造，機械制造中生產零件尺寸在公差范圍之內。機械制造中的互換包括幾何參數、力學性能的互換，制造過程中存在各種不穩定的因素，沒有任何一種機械可以達到百分之百的一致，設計與制造機械時要預先設計機械之間存在的公差。對于機械制造而言，公差的存在是為了讓制造品有一定范圍的幾何參數波動，允許機械制造中存在一定的誤差，保證機械型號可以配對。

在設計過程中首先要選用基準制，在普通軸孔配合中一般優先選用基孔制，通過基孔更容易加工軸，運用基準可以減少工序，確定機械制造的尺寸，達到批量生產和標準生產的目標。確定基準后，要選用不同的公差等級，公差等級顯示出器械制造的精準度，一般而言，公差等級當然是越高越好，但在實際生產過程中，為了達到經濟效益最大化，在能夠達到實際要求時選用較低公差等級，可以減少成本，在軸孔配合中軸的公差等級一般比孔的工差等級低。

2.2 機械設計中三種不同類型公差的選用

根據軸孔之間間隙的大小，人們需要選擇不同的型號配伍。H11/c11適用于需要較大間隙的場合，如手搖式發電機。空轉帶輪與軸的配合可以選擇H9/d9，間隙較小，但又可以轉動。精密的間隙配合就選擇H8/f7。精密配合一般選用過渡配合，如滾動軸承內圈與軸的配合、外圈與孔的配合，使用時需要參數精密又方便拆卸。如果軸與孔之間不需有相對運動，應選用過盈配合，軸孔固連在一起承接負荷，過盈量越大，軸孔之間可傳遞的力就越大，大過盈量配合的器械一般用壓力機或溫差法進行裝配。例如，火車的輪圈與輪轂在運動過程中不能有移動，用溫差法裝配輪圈與輪轂配合。

3 公差配合在機械設計與制造中的應用

3.1 公差配合在機械設計中的應用

設計是機械制造最開始的階段，只有完整有效的設計才能夠制作出精密的機械，公差的配合是機械制造中的一門科學，好的公差配合能增加機械的使用效率與使用壽命。在機械設計中要首先考慮公差配合，制造機械時不同部位的零件都有相應的尺寸、形狀、位置，這些都與公差有關。在設計最簡單的孔軸時，如基本尺寸為2500mm的孔、軸，按照實際工作的標準要求，2500mm尺寸的軸、孔最大配合間隙為0.35mm，最小間隙為0.120mm，采用基孔制，在進行機械設計時，在裝配圖上標注加工順序，以孔為新加工的零件，測出孔的范圍與公差。根據標準公差表確定軸的尺寸。通過計算可以確定孔與軸的公差為0.115mm，以零件互換性為選擇零件的標準，以孔確定的配合公差選擇軸的尺寸。在機械設計過程中還要注意其他方面的問題，為了保證測量精度，要注意配合尺寸的選擇。要特別注意的是配件的形狀公差、位置公差與配制配合無關。設計過程中要注明基準件的公差等級，配制件按照實際生產要求，選擇最佳公差帶，滿足交叉互換的要求。

3.2 公差設計在機械制造中的應用

在實際操作過程中，設計的間隙要大于實際間隙，制作機械零件時，按照標準零件的互換性與配合公差的要求進行配合。機械產品不同部位的零件都有自己的功效，而這些功能的發揮與機械產品的設計有關。對于加工難度大、精度要求高的零件進行加工時，選擇已知公差尺寸的零件進行加工或選擇公差之間可以進行配合的零件再進行二次加工。機械零件的生產一般都是大批量的互換生產，實際加工過程中會采用最大尺寸生產產品，在這種情況下，機械設計的公差毫無用處，為了達到節省成本的目的，裝配的機械精確度不高，導致可能根本無法裝配。

3.3 綜合應用

從最初的設計、改進到最終的應用生產，機械類產品的每一個環節都需要公差配合的參與。例如，在生產螺絲與螺母時，如果螺絲的尺寸偏大或偏小，就不能夠與螺母匹配，所以人們要提前進行公差分析，根據不同類型機械的要求對不同產品進行加工設計。公差配合在解決機械設備的故障中也發揮了舉足輕重的作用，由于諸多人為因素、物理條件的影響，正常運轉的機器可能會在工作時出現障礙，這就離不開專業維修技術。維修設備時，有不同的工差配合種類選擇的原則，主要包括：一是在組裝配合部位零件時要分析受力情況和接觸形式，在配合面上不同零件傳遞扭矩的方式不同；二是在選擇配合方式時要考慮到零件的實際情況，根據零件的性質來確定配合方式是緊或松；三是要根據零件的不同性能選擇公差配合等級。確定公差配合的類型時，人們要使經濟效益最大化。同時，基準制與非基準制的選擇對于配合件是至關重要的。

4 結語

在機械設計與制造過程中，不同型號的機械產品都有一定的標準，但在實際生產中，由于各種因素的影響，工具尺寸不可能達到完全一致，工差配合就顯得尤為重要。本文研究了公差在機械設計與機械制造中的應用，認為人們應按照不同的公差類型選擇合適的公差配合，使機械設計更為合理，機械制作更為高效，機械使用更為方便。

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