機(jī)械產(chǎn)品制造中公差配合的選用

李云

[摘

要] 機(jī)械產(chǎn)品制造中采用公差配合的選用手段，能夠讓每個(gè)機(jī)械產(chǎn)品零件的生產(chǎn)都有自己的尺寸標(biāo)準(zhǔn)，在進(jìn)行實(shí)際的生產(chǎn)過程中，由于諸多因素的限制，每個(gè)同行零件的尺寸不能達(dá)到完全一致。機(jī)械產(chǎn)品在公差配合問題上，需要對其中的機(jī)械設(shè)計(jì)和制造公差進(jìn)行配合選用，解決技術(shù)問題，方能進(jìn)行推廣。

[關(guān)

鍵

詞] 機(jī)械產(chǎn)品；公差配合；產(chǎn)品制造

[中圖分類號] F407.4

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A

[文章編號] 2096-0603（2018）31-0210-02

進(jìn)行機(jī)械制造工業(yè)的推廣和運(yùn)營，必須要弄清楚機(jī)械工業(yè)中關(guān)于機(jī)器制造工業(yè)和機(jī)械制造工業(yè)的概念。作為制造機(jī)械產(chǎn)品的工業(yè)部門，當(dāng)前諸多領(lǐng)域都涉及制造工業(yè)，如礦山設(shè)備、冶金設(shè)備、動力設(shè)備、化工設(shè)備等。在機(jī)器制造業(yè)領(lǐng)域，進(jìn)行工業(yè)的心臟和動力的技術(shù)創(chuàng)新，必須采用工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)和國防等技術(shù)轉(zhuǎn)化和設(shè)計(jì)，達(dá)到機(jī)器制造工業(yè)的發(fā)達(dá)水平，方能展示國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平，達(dá)到真正的科學(xué)技術(shù)能力。由于機(jī)器產(chǎn)品制造過程中，零部件較多，技術(shù)性較強(qiáng)，機(jī)器的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，因此，實(shí)行生產(chǎn)的專業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)的自動化，需要對機(jī)器制造業(yè)進(jìn)行重大革新。

一、公差與配合

進(jìn)行公差實(shí)際參數(shù)值的允許變動量的計(jì)算，必須采用機(jī)械加工中的幾何參數(shù)作為參考數(shù)值。包括物理、化學(xué)、電學(xué)等參數(shù)，在使用范圍內(nèi)需要非常精確的計(jì)算。對于機(jī)械制造來說，制定公差的目的，就是要確定產(chǎn)品的幾何參數(shù)，讓變動量在一定的范圍內(nèi)達(dá)到互換和配合的要求。

公差和配合是一門科學(xué)，是人們在長期的機(jī)械設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造實(shí)踐中總結(jié)出來的學(xué)科，公差配合的好壞程度關(guān)系到機(jī)器的質(zhì)量和壽命。因此，公差配合是制造過程中和機(jī)械設(shè)計(jì)中必不可少的環(huán)節(jié)內(nèi)容。例如，進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品不同部位的零部件的設(shè)計(jì)，在形狀和尺寸上，如果沒有事先可以作為標(biāo)準(zhǔn)的公差，則可能會為了公差而單獨(dú)進(jìn)行配合和安裝。這需要對公差進(jìn)行分析。

（一）公差的分類，根據(jù)集合的參數(shù)，可以分為尺寸公差、形狀公差和位置公差。尺寸公差允許集合尺寸參數(shù)的變動量，形狀公差指的是集合參數(shù)中單一的實(shí)際要素的形狀和允許的變動全量。位置公差指的是實(shí)際要素的位置，對基準(zhǔn)允許的變動全量有要求。

公差值，是公差的大小的量，公差值通常用”IT”表示，分為IT01、IT0～I(xiàn)T18二十個(gè)等級。

在機(jī)械設(shè)計(jì)中公差配合的選用，基本是建立在基準(zhǔn)制基礎(chǔ)上的，以孔和軸作為配合，基準(zhǔn)制度的選用分為以下幾個(gè)步驟，對基孔制進(jìn)行優(yōu)先使用，因?yàn)椤拜S”的加工相對“孔”比較容易，采用基孔的方式，可以減少量具和刀具的利用次數(shù)，簡化加工的工序，在進(jìn)行外圈的基軸制采用的時(shí)候，配合軸承，遵循標(biāo)準(zhǔn)件結(jié)合的方式，外圈使用基軸制，內(nèi)圈使用基孔制，將所有基準(zhǔn)值的應(yīng)用，遵循嚴(yán)格的零件要求加以執(zhí)行。

（二）公差等級的選用，在實(shí)際使用上，要遵循多條原則，一是滿足零件基本的使用要求，有限使用低等級的公差，一種是零件的基本尺寸，采用較高的配合等級，從孔的加工難度出發(fā)，進(jìn)行同等級的軸的加工。

新標(biāo)準(zhǔn)中的公差等級較高，因此，在軸的公差等級的設(shè)定上，配合孔和軸的尺寸，考慮優(yōu)先公差帶的選用。新舊公差對照表■

二、公差在機(jī)械設(shè)計(jì)和制造中的應(yīng)用

（一）機(jī)械產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到制造，每個(gè)環(huán)節(jié)都離不開配合和公差，設(shè)計(jì)人員和制造工人在工作過程中，按照不同的公差要求進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和加工。

在石油鉆井設(shè)備設(shè)計(jì)中，采用公差配合的推薦和使用方法，大部分進(jìn)行工作的環(huán)境是惡劣的海外和孤島，在石油機(jī)械的設(shè)計(jì)上，不能完全按照設(shè)計(jì)手冊進(jìn)行公差配合的選取，要考慮它的耐用性和經(jīng)濟(jì)性，便于維護(hù)。在軸配合的選用上，進(jìn)行公差的機(jī)械設(shè)計(jì)和制造時(shí)，如鏈輪、齒輪、皮帶輪和軸配合的時(shí)候，受到荷載的選用公差的時(shí)候，可以選用公差H8和K7，軸承件的配合上，公差選用往往是用于支撐的，在孔配合的選用上，和軸配合選用配合的前提下，采用空套旋轉(zhuǎn)的方式，與孔的配合公差進(jìn)行選擇，獲得公差一般為M6、H6、K6。

進(jìn)行鍵與軸、轂的配合公差選用上，普通的平鍵和導(dǎo)向平鍵以及方鍵連接的時(shí)候，選用的軸的極限偏差H9，連接較緊的情況下，普通平鍵寬度的極限往往是設(shè)定在極限偏差H11和極限偏差H9之間，導(dǎo)向平鍵的寬度極限皮納差往往設(shè)定在H9-H11之間，方鍵的極限偏差設(shè)定在H9之內(nèi)。

（二）零件的單件生產(chǎn)過程中，在進(jìn)行公差配合的情況下，經(jīng)過孔和軸的互相配合，在經(jīng)過設(shè)計(jì)之后，將圖紙進(jìn)行加工，每個(gè)零件都能夠在加工完成之后，按照要求進(jìn)行裝配，裝配的過程中兩個(gè)零件的配合能夠達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，例如，孔和軸的配合尺寸為軸和孔的尺寸，假設(shè)將它們加工為50000毫米，因?yàn)槎挤铣叽绲囊?，因此，將孔和軸的配合間隙設(shè)定為0的時(shí)候，它們就不會滑動。這種配合是實(shí)際生產(chǎn)中需要的加工尺寸，之所以出現(xiàn)這樣的情況，是因?yàn)楝F(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)上。實(shí)際生產(chǎn)中，大量的加工尺寸誤差都是隨機(jī)的。通常符合正態(tài)分布的規(guī)律，實(shí)際的尺寸分布在中間的零件數(shù)量上，比兩端的數(shù)目要大很多。包含了全部生產(chǎn)零件的99.75%，其余的都是小概率事件。

實(shí)際生產(chǎn)中，使用的極限量具往往不能直接用于檢測加工零件的實(shí)際尺寸，在零件的判斷上，應(yīng)進(jìn)行合格的判斷，這種極限量具在設(shè)計(jì)上往往存在誤差。實(shí)際的生產(chǎn)過程中，雖然零件的尺寸符合設(shè)計(jì)的要求，但是不能夠滿足配合的需要。

（三）機(jī)械設(shè)備的日常維修，公差的應(yīng)用在設(shè)備的維修中選取配合種類的原則，需要按照國家規(guī)定的基準(zhǔn)值標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行基孔制和基軸制的選擇，根據(jù)實(shí)際需要，最終選取基準(zhǔn)制。配合的部位，在裝配形式和受力情況上，如果配合面僅僅起到定心作用，就可以選取配合H7、H9的方式，在配合面?zhèn)鬟f較大的扭矩上，將沖擊荷載加以考慮，選取配合傳遞扭矩，考慮實(shí)際的裝配，在拆換的零件上，盡量選擇較為輕松的配合，不要經(jīng)常拆動較緊的部位，零件加工方法對配合的影響，可以根據(jù)零件的性能要求進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，減少加工方法對配合的影響，保證配合的質(zhì)量要求。

三、如何在機(jī)械設(shè)計(jì)中選擇尺寸公差、形位公差和表面粗糙度等參數(shù)

一般來說，先確定尺寸公差，再確定形位公差。公差配合的合理首先是功能需要，其次是加工的工藝性，最后是裝配和維修的工藝性。

舉個(gè)例子來說，孔軸配合不一定是圓的孔和軸，可以是方的，但是通常為什么是圓的呢，因?yàn)榧庸し奖恪鹘y(tǒng)加工方式如車加工、銑加工、鉆床、磨加工，多數(shù)是圓形的加工方式，現(xiàn)在隨著激光切割和線切割的普及（成本低了），異形孔的應(yīng)用也多了。

既然傳統(tǒng)方式的加工都是圓形加工，孔軸配合的選擇就會有基孔制或基軸制的選擇了。通常，孔的加工是鉆孔、鉸孔、銑刀直接成型。這樣，加工的時(shí)候?yàn)榱朔奖悖覀兊某叽邕x擇方面，就應(yīng)該選擇有現(xiàn)成刀具（鉆頭、鉸刀、銑刀）尺寸的，比如直徑14的刀具比較少見，就選擇12或15、16的有方便購買的規(guī)格，這樣，加工成本就很低了，比如選直徑30的不選27的，盡管你計(jì)算需要27就夠了。

公差方面，加工孔（不管是平板上的孔還是圓管上的孔），公差帶盡可能選加（正）公差，因?yàn)樘厥夤畹牡毒吆苜F很難買，加工的時(shí)候刀具旋轉(zhuǎn)時(shí)的抖動（設(shè)備精度之一）就會導(dǎo)致加工出來的尺寸略大于刀具直徑。這時(shí)候軸的加工就通常是車加工出來的，不受刀具精度限制，所以，基孔制是成本低的選擇（就是工藝性好）。這時(shí)候，如果設(shè)計(jì)的軸是電機(jī)輸出軸，那就只能基軸制了，或者是與軸承外圈配合的，也只能選擇基軸制的配合。

配合怎么選，就是說間隙配合、過渡配合、過盈配合這三個(gè)什么時(shí)候選用。簡單說來是不影響裝配后的精度（如會有螺絲連接緊固的）的前提下，選擇間隙配合就可以，轉(zhuǎn)動方向是單向、且是連續(xù)的工作狀態(tài)，就是間隙配合即可，至于間隙大小的選擇，看裝配的難度了，越松就越容易裝配。

舉個(gè)例子，如果是單向間歇運(yùn)轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)動位移要求精度不高、轉(zhuǎn)速不高的帶平鍵的孔軸配合，也可以選擇間隙配合，但是需要有兩個(gè)90度的相間隔的緊定螺釘緊定定位。如果是有鍵配合的，其中一個(gè)緊定螺釘要鎖在平鍵的上面。

同樣是旋轉(zhuǎn)來說，如果是單向間歇旋轉(zhuǎn)的，或者正反向運(yùn)動的，選擇過渡配合，這時(shí)候也需要有緊定螺釘，如果是傳遞較大扭矩的，這時(shí)候一般會選擇過盈配合了，這通常需要壓裝甚至熱套裝配了。

形位公差是尺寸公差的補(bǔ)充，所以其公差帶的選擇應(yīng)該是小于尺寸公差的，否則就沒有意義了。形位公差，一定要理解形位公差的意義，這時(shí)候你才能做出正確的選擇和需要控制的內(nèi)容和尺度。

比如一個(gè)工件，寬度的公差是0.2mm，那么這個(gè)寬度兩邊的平面如果給個(gè)平行度要求，那就需要小于0.2mm，否則就失去意義了，很多時(shí)候，這個(gè)寬度的公差要求并不高，但是平行度要求很高，可能會是0.05mm，那么這個(gè)平行度就很重要了，通常是對裝配有重要影響的。

國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了優(yōu)先選用、常用和一般用途的孔、軸公差帶。應(yīng)根據(jù)配合特性和使用功能，盡量選用優(yōu)先和常用配合。當(dāng)零件之間具有相對轉(zhuǎn)動或移動時(shí)，必須選擇間隙配合；當(dāng)零件之間無鍵、銷等緊固件，只依靠結(jié)合面之間的過盈來實(shí)現(xiàn)傳動時(shí)，必須選擇過盈配合，當(dāng)零件之間不要求有相對運(yùn)動，同軸度要求較高，且不是依靠該配合傳遞動力時(shí)，通常選擇過度配合。

參考文獻(xiàn)：

[1]易忠奇.機(jī)械產(chǎn)品制造中公差配合的選用[J].精密制造與自動化，2015（4）：49-50，60.

[2]郭玉琴.機(jī)械設(shè)計(jì)中如何確定尺寸公差與配合[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2016（29）：337.◎編輯 馮永霞