易忠奇

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機(jī)械產(chǎn)品制造中公差配合的選用

易忠奇

（湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 長沙410151）

機(jī)械產(chǎn)品在設(shè)計(jì)制造過程中，每個(gè)機(jī)械產(chǎn)品零件的生產(chǎn)都有自己的尺寸標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于諸多因素的限制，不可能使每個(gè)同形零件的尺寸完全一致。因此，機(jī)械產(chǎn)品在組裝時(shí)候的配合問題就顯得尤為重要，故對機(jī)械設(shè)計(jì)與制造過程中的公差配合問題進(jìn)行探討。

機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 公差配合 選用

機(jī)械工業(yè)也稱作“機(jī)械制造工業(yè)”或“機(jī)器制造工業(yè)”，是制造機(jī)械產(chǎn)品的工業(yè)部門，主要包括農(nóng)業(yè)機(jī)械、礦山設(shè)備、冶金設(shè)備、動力設(shè)備、化工設(shè)備以及工作母機(jī)等制造工業(yè)。

機(jī)器制造業(yè)是工業(yè)的心臟與動力，它為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、國防等提供技術(shù)裝備，是整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)和國防現(xiàn)代化的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)，因此，機(jī)器制造工業(yè)的發(fā)達(dá)與否及機(jī)器裝備的自給水平是衡量一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與科學(xué)技術(shù)水平的真正標(biāo)志。由于機(jī)器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件多，技術(shù)性強(qiáng)，所以實(shí)行生產(chǎn)專門化、標(biāo)準(zhǔn)化、自動化對于機(jī)器制造業(yè)的發(fā)展具有重大意義。

1 公差與配合

公差是實(shí)際參數(shù)值的允許變動量。其中參數(shù)既包括機(jī)械加工中的幾何參數(shù)，也包括物理、化學(xué)、電學(xué)等學(xué)科的參數(shù)，所以說公差是一個(gè)使用范圍很廣的概念。對于機(jī)械制造來說，制定公差的目的就是為了確定產(chǎn)品的幾何參數(shù)，使其變動量在一定的范圍之內(nèi)，以便達(dá)到互換或配合的要求。

公差與配合同樣是一門科學(xué)，而且是一門非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)科。它是人們在長期的機(jī)械設(shè)計(jì)與生產(chǎn)制造實(shí)踐中總結(jié)出來的一門學(xué)科。公差與配合的好壞程度，直接關(guān)系到一件產(chǎn)品甚至一部機(jī)器的質(zhì)量與壽命，因此公差配合是機(jī)械設(shè)計(jì)和制造過程中首先需要考慮的問題之一。機(jī)械產(chǎn)品不同部位的零件根據(jù)所起的作用不同而設(shè)計(jì)成不同的形狀和尺寸，因此，不存在沒有用的公差，所有的公差都是為了零件配合安裝的需要而規(guī)定的。

1）公差的分類

公差根據(jù)其幾何參數(shù)主要分為尺寸公差、形狀公差和位置公差三類。其中尺寸公差就是允許幾何尺寸參數(shù)的變動量；形狀公差是指幾何參數(shù)中單一實(shí)際要素的形狀所允許的變動全量；位置公差是指關(guān)聯(lián)實(shí)際要素的位置對基準(zhǔn)所允許的變動全量。

2）公差值

所謂公差值，就是指公差的大小的一個(gè)量。公差值通常用“IT”表示。公差值共分二十個(gè)等級，即IT0到IT18二十個(gè)。

3）機(jī)械設(shè)計(jì)中公差配合的選用

（1）基準(zhǔn)制的選用。以孔和軸配合為例介紹基準(zhǔn)制一般選用步驟：一般情況下優(yōu)先選用基孔制，因?yàn)檩S的加工相比孔容易，同時(shí)因?yàn)椴捎没字瓶梢詼p少刀具、量具的利用次數(shù)，簡化加工工序，這樣就可以降低零件批量生產(chǎn)的成本，如果幾個(gè)甚至更多的零件要安裝在一根軸上的時(shí)候可以采取基軸制配合。如果是兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件互相配合時(shí)候，要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)件的規(guī)定基準(zhǔn)制，如軸承的配合，外圈采用基軸制，內(nèi)圈采用基孔制。在所用基準(zhǔn)制的應(yīng)用中還必須考慮零件配合有沒有特殊要求，有特殊要求的零件要嚴(yán)格執(zhí)行。

（2）公差等級的選用。公差等級在實(shí)際選用時(shí)應(yīng)遵循以下三條原則：第一、能夠滿足零件基本使用要求時(shí)，優(yōu)先選用低等級的公差；第二、零件的基本尺寸為500mm 采用較高的配合等級時(shí)，鑒于孔的加工難度大于同等級的軸，通常采用基孔制，因此新國標(biāo)中比IT8級公差等級高的時(shí)候，軸的公差等級相應(yīng)的比孔的等級低一級。第三、在孔和軸配合時(shí)，先考慮優(yōu)先公差帶的選用，新舊公差對照表如表1所示。

（3）配合的選用。在選用配合的時(shí)候先考慮優(yōu)先配合與優(yōu)先公差帶，再考慮常用配合和常用公差帶，也可以根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的孔和軸的公差帶。

2 公差在機(jī)械設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用

機(jī)械產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到制造，每一個(gè)環(huán)節(jié)都離不開公差與配合。要求設(shè)計(jì)人員與制造工人在工作過程中要按照不同的公差要求對自己的產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)和加工。

1）在石油鉆井設(shè)備設(shè)計(jì)中公差配合的推薦選用

石油機(jī)械絕大部分工作在環(huán)境惡劣的野外、孤獨(dú)無依的海上和戈壁荒漠中。因此，在設(shè)計(jì)石油機(jī)械的時(shí)候，不能完全按照設(shè)計(jì)手冊的公差配合進(jìn)行選取，首先應(yīng)該考慮它的耐用性、經(jīng)濟(jì)性以及便于維護(hù)性等因素。

（1）與軸配合時(shí)公差的選用。如齒輪、鏈輪、皮帶輪與軸配合時(shí)候，受載荷較大時(shí)選用公差H7/p6、H7/n6、P6-P8/k6、M7/k6、H7/s6、P7/h7、S8/k6、H7/t7、R8/K6；所受載荷較小時(shí)選用公差H8/k7。

（2）軸承件配合中公差選用。當(dāng)它用于支撐時(shí)，和孔配合選用G7，和軸配合選用m6、p6、k6。通常情況與孔配合采用H7，與軸配合采用K6；當(dāng)它用于空套旋轉(zhuǎn)時(shí)，與孔的配合公差選H7，與軸配合公差選m6、h6、k6。

（3）鍵與軸、轂的配合公差選用。普通平鍵、導(dǎo)向平鍵和方鍵鍵槽松連接時(shí)選用軸的極限偏差H9、轂的極限偏差D10；正常情況時(shí)，軸的極限偏差N9、轂的極限偏差JS9；連接較緊時(shí)軸的極限偏差P9、轂的極限偏差P9。鍵的極限偏差，普通平鍵寬度極限偏差h9，高度極限偏差h11；導(dǎo)向平鍵的寬度極限偏差h9，高度極限偏差h11；方鍵寬度極限偏差h9，高度極限偏差h9。

2）零件單件生產(chǎn)過程中的公差配合

互相配合的孔和軸如果分別按設(shè)計(jì)好的圖紙進(jìn)行加工，而且每個(gè)零件在加工完成后又都符合要求，但到裝配時(shí)候會發(fā)現(xiàn)兩個(gè)零件的配合卻達(dá)不到設(shè)計(jì)的要求。例如：孔和軸的配合尺寸為軸Φ50-0.017，孔為Φ50+0.027，而假設(shè)都把他們加工成Φ50.000 mm，且他們都符合尺寸要求，那軸和孔的配合間隙就為0，那它們就不存在滑動。因此這種配合都不是實(shí)際生產(chǎn)中所需要的加工尺寸。之所以出現(xiàn)這種現(xiàn)象，是由于現(xiàn)行的公差制度建立在大量生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)的規(guī)律基礎(chǔ)之上。實(shí)際生產(chǎn)中，大量的加工尺寸誤差都是隨機(jī)的，它們通常符合正態(tài)分布的規(guī)律，如圖1 所示。也就是實(shí)際尺寸分布在中間的零件數(shù)量比兩端的數(shù)目要大很多，幾乎包括全部生產(chǎn)零件的99.73%，其余0.27%基本就是小概率事件。

圖1 正太分布如圖

實(shí)際生產(chǎn)中，使用的極限量具并不能夠直接檢測出加工零件的實(shí)際尺寸，它只能通過“過端”和“止端”判斷零件是否合格。而這種極限量具在設(shè)計(jì)時(shí)候，就存在誤差。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，雖然零件的尺寸符合設(shè)計(jì)要求，也有不能夠滿足配合需要的情況發(fā)生。

3）機(jī)械設(shè)備日常維修中公差的應(yīng)用

在設(shè)備的維修中選取配合種類的原則是：

（1）確定基準(zhǔn)制。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的基準(zhǔn)制是基軸制和基孔制兩類，根據(jù)實(shí)際配合需要選取基準(zhǔn)制。

（2）配合部位的受力情況和裝配形式。如果配合面僅起定心作用時(shí)，可選取配合H7/h6、H7/js6、H7/k6；如果配合面?zhèn)鬟f較大扭矩且受沖擊載荷時(shí)，可選取配合H7/js6或 H7/K6；如果配合面?zhèn)鬟f扭矩較小且不受沖擊時(shí)，可選取配合H7/h6或H7/js6。

（3）選擇配合時(shí)必須考慮實(shí)際裝配的情況經(jīng)常拆換的零件盡量選取較松的配合；不經(jīng)常拆動的部分盡量選用較緊的配合。

（4）零件加工方法對配合的影響。根據(jù)零件的性能要求，必須做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，盡量減少加工方法對配合的影響，才能夠保證配合的質(zhì)量要求。

[1] GB/T1804-2000.一般公差——未注公差的線性和角度尺寸的公差[S].

[2] 李彩霞.機(jī)械精度設(shè)計(jì)與檢測技術(shù)[M].上海：上海交通大學(xué)出版社,2004.

[3] 王伯平.互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2005.

[4] 陳隆德，趙福令.機(jī)械精度設(shè)計(jì)與檢測技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2000.