公差配合在機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械制造中的應(yīng)用

李春艷

（四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，成都 611130）

1 基本概念

1.1 公差

公差廣泛存在于機(jī)械制造行業(yè)，是機(jī)械制造的重要參數(shù)變動(dòng)量，它包括物理、化學(xué)、電力工程等輔助性學(xué)科類型的參數(shù)，零件的幾何參數(shù)也是機(jī)械制造公差的重要因素。為了確定產(chǎn)品的參數(shù)，使產(chǎn)品的各方面數(shù)據(jù)達(dá)到統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，以備日后與其他工具進(jìn)行配合和互換，公差可以分為尺寸工差（機(jī)械幾何參數(shù)的波動(dòng)范圍）、形狀公差（幾何參數(shù)所對(duì)應(yīng)的單一形狀的變動(dòng)范圍）、位置公差（關(guān)聯(lián)實(shí)際要素的位置與基準(zhǔn)之間的參數(shù)值變化）。在制造過程中，按照公差等級(jí)確定制造工具的尺寸精密度，公差等級(jí)越高，尺寸允許的變動(dòng)范圍越小，制造出來(lái)的器械越精密。

1.2 配合

配合是指基本尺寸相同、相互結(jié)合的孔和軸公差帶之間的關(guān)系，根據(jù)一個(gè)零件的標(biāo)準(zhǔn)尺寸，零件之間可以進(jìn)行互換，從而選擇另一個(gè)零件。

1.3 公差配合

公差配合是指組成機(jī)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(dòng)量，可以分為間隙配合、過盈配合。間隙配合又稱動(dòng)配合，指軸孔之間有明顯空隙可以對(duì)接，軸可以轉(zhuǎn)動(dòng)。過盈配合又稱為靜配合，軸孔之間沒有空隙，軸無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)。過渡配合介于間隙和過盈之間，無(wú)法確定軸孔之間是否有間隙可以轉(zhuǎn)動(dòng)。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)中公差配合的選用

2.1 機(jī)械設(shè)計(jì)中公差配合存在的意義

機(jī)械工業(yè)包括農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)、化工設(shè)備、動(dòng)力設(shè)備、礦物冶煉運(yùn)輸設(shè)備等各種重要制造工業(yè)，現(xiàn)代機(jī)械生產(chǎn)要求規(guī)范化，各種工具型號(hào)有規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，不同地區(qū)公司生產(chǎn)的機(jī)械零件可以互換，規(guī)格統(tǒng)一，不需要重新制造，機(jī)械制造中生產(chǎn)零件尺寸在公差范圍之內(nèi)。機(jī)械制造中的互換包括幾何參數(shù)、力學(xué)性能的互換，制造過程中存在各種不穩(wěn)定的因素，沒有任何一種機(jī)械可以達(dá)到百分之百的一致，設(shè)計(jì)與制造機(jī)械時(shí)要預(yù)先設(shè)計(jì)機(jī)械之間存在的公差。對(duì)于機(jī)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(shù)波動(dòng)，允許機(jī)械制造中存在一定的誤差，保證機(jī)械型號(hào)可以配對(duì)。

在設(shè)計(jì)過程中首先要選用基準(zhǔn)制，在普通軸孔配合中一般優(yōu)先選用基孔制，通過基孔更容易加工軸，運(yùn)用基準(zhǔn)可以減少工序，確定機(jī)械制造的尺寸，達(dá)到批量生產(chǎn)和標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的目標(biāo)。確定基準(zhǔn)后，要選用不同的公差等級(jí)，公差等級(jí)顯示出器械制造的精準(zhǔn)度，一般而言，公差等級(jí)當(dāng)然是越高越好，但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，為了達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益最大化，在能夠達(dá)到實(shí)際要求時(shí)選用較低公差等級(jí)，可以減少成本，在軸孔配合中軸的公差等級(jí)一般比孔的工差等級(jí)低。

2.2 機(jī)械設(shè)計(jì)中三種不同類型公差的選用

根據(jù)軸孔之間間隙的大小，人們需要選擇不同的型號(hào)配伍。H11/c11適用于需要較大間隙的場(chǎng)合，如手搖式發(fā)電機(jī)?？辙D(zhuǎn)帶輪與軸的配合可以選擇H9/d9，間隙較小，但又可以轉(zhuǎn)動(dòng)。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(dòng)軸承內(nèi)圈與軸的配合、外圈與孔的配合，使用時(shí)需要參數(shù)精密又方便拆卸。如果軸與孔之間不需有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，應(yīng)選用過盈配合，軸孔固連在一起承接負(fù)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(jī)或溫差法進(jìn)行裝配。例如，火車的輪圈與輪轂在運(yùn)動(dòng)過程中不能有移動(dòng)，用溫差法裝配輪圈與輪轂配合。

3 公差配合在機(jī)械設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用

3.1 公差配合在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

設(shè)計(jì)是機(jī)械制造最開始的階段，只有完整有效的設(shè)計(jì)才能夠制作出精密的機(jī)械，公差的配合是機(jī)械制造中的一門科學(xué)，好的公差配合能增加機(jī)械的使用效率與使用壽命。在機(jī)械設(shè)計(jì)中要首先考慮公差配合，制造機(jī)械時(shí)不同部位的零件都有相應(yīng)的尺寸、形狀、位置，這些都與公差有關(guān)。在設(shè)計(jì)最簡(jiǎn)單的孔軸時(shí)，如基本尺寸為2500mm的孔、軸，按照實(shí)際工作的標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，在裝配圖上標(biāo)注加工順序，以孔為新加工的零件，測(cè)出孔的范圍與公差。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)公差表確定軸的尺寸。通過計(jì)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(biāo)準(zhǔn)，以孔確定的配合公差選擇軸的尺寸。在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中還要注意其他方面的問題，為了保證測(cè)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(wú)關(guān)。設(shè)計(jì)過程中要注明基準(zhǔn)件的公差等級(jí)，配制件按照實(shí)際生產(chǎn)要求，選擇最佳公差帶，滿足交叉互換的要求。

3.2 公差設(shè)計(jì)在機(jī)械制造中的應(yīng)用

在實(shí)際操作過程中，設(shè)計(jì)的間隙要大于實(shí)際間隙，制作機(jī)械零件時(shí)，按照標(biāo)準(zhǔn)零件的互換性與配合公差的要求進(jìn)行配合。機(jī)械產(chǎn)品不同部位的零件都有自己的功效，而這些功能的發(fā)揮與機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)有關(guān)。對(duì)于加工難度大、精度要求高的零件進(jìn)行加工時(shí)，選擇已知公差尺寸的零件進(jìn)行加工或選擇公差之間可以進(jìn)行配合的零件再進(jìn)行二次加工。機(jī)械零件的生產(chǎn)一般都是大批量的互換生產(chǎn)，實(shí)際加工過程中會(huì)采用最大尺寸生產(chǎn)產(chǎn)品，在這種情況下，機(jī)械設(shè)計(jì)的公差毫無(wú)用處，為了達(dá)到節(jié)省成本的目的，裝配的機(jī)械精確度不高，導(dǎo)致可能根本無(wú)法裝配。

3.3 綜合應(yīng)用

從最初的設(shè)計(jì)、改進(jìn)到最終的應(yīng)用生產(chǎn)，機(jī)械類產(chǎn)品的每一個(gè)環(huán)節(jié)都需要公差配合的參與。例如，在生產(chǎn)螺絲與螺母時(shí)，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(jìn)行公差分析，根據(jù)不同類型機(jī)械的要求對(duì)不同產(chǎn)品進(jìn)行加工設(shè)計(jì)。公差配合在解決機(jī)械設(shè)備的故障中也發(fā)揮了舉足輕重的作用，由于諸多人為因素、物理?xiàng)l件的影響，正常運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)器可能會(huì)在工作時(shí)出現(xiàn)障礙，這就離不開專業(yè)維修技術(shù)。維修設(shè)備時(shí)，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(shí)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(shí)要考慮到零件的實(shí)際情況，根據(jù)零件的性質(zhì)來(lái)確定配合方式是緊或松；三是要根據(jù)零件的不同性能選擇公差配合等級(jí)。確定公差配合的類型時(shí)，人們要使經(jīng)濟(jì)效益最大化。同時(shí)，基準(zhǔn)制與非基準(zhǔn)制的選擇對(duì)于配合件是至關(guān)重要的。

4 結(jié)語(yǔ)

在機(jī)械設(shè)計(jì)與制造過程中，不同型號(hào)的機(jī)械產(chǎn)品都有一定的標(biāo)準(zhǔn)，但在實(shí)際生產(chǎn)中，由于各種因素的影響，工具尺寸不可能達(dá)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(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械制造中的應(yīng)用，認(rèn)為人們應(yīng)按照不同的公差類型選擇合適的公差配合，使機(jī)械設(shè)計(jì)更為合理，機(jī)械制作更為高效，機(jī)械使用更為方便。

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