裝配體中零件間配合時(shí)基準(zhǔn)值選擇原則探討

徐奎照

（青島港灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266404）

公差配合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用有三方面，即基準(zhǔn)制選擇、公差等級(jí)選擇、配合種類選擇。其中，配合種類選擇是根據(jù)配合體的用途來選擇的；公差等級(jí)選擇是根據(jù)零件的成型工藝和通用件的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)來確定的；基準(zhǔn)制選擇原則在現(xiàn)行教科書中是優(yōu)先選擇基孔制[1-2]。

1 現(xiàn)行教科書中基準(zhǔn)制選擇依據(jù)的弊端

在選擇基準(zhǔn)制時(shí)，現(xiàn)行教科書中采用的原則是優(yōu)先選擇基孔制[3]，如果按照這個(gè)依據(jù)來選擇會(huì)帶來許多問題和困惑，部分分析如下。

1.1 問題和困惑一

鍵以及鍵連接件的公差帶國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 1095—2003）規(guī)定：鍵的公差帶代號(hào)為h8；與鍵配合的輪轂上鍵槽的公差帶代號(hào)為D10、JS9、P9；與鍵配合的軸上鍵槽的公差帶代號(hào)為H9、N9、P9，如圖1所示。當(dāng)配合的兩個(gè)件中有標(biāo)準(zhǔn)件鍵存在時(shí)，采用優(yōu)先選擇基孔制會(huì)出現(xiàn)以下問題。

圖1 鍵以及鍵連接件的公差帶國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 1095—2003）

1）在選擇鍵與輪轂上鍵槽的配合代號(hào)時(shí)，如果用優(yōu)先選擇基孔制，就選擇不出滿足要求的正常、松緊配合的配合代號(hào)[4]。

2）在選擇鍵與軸上鍵槽的配合代號(hào)時(shí)，如果用優(yōu)先選擇基孔制，則松配合的配合代號(hào)為H9/h8，就選擇不出滿足要求的正常、松緊配合的配合代號(hào)。因此，按優(yōu)先選擇基孔制的原則，選擇鍵與連接件的配合代號(hào)就選不出滿足要求的配合代號(hào)。

1.2 問題和困惑二

當(dāng)配合的兩個(gè)件中有標(biāo)準(zhǔn)件滾動(dòng)軸承及與軸承配合件的公差配合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 307.1—2017）存在時(shí)，如圖2所示，如果采用優(yōu)先選擇基孔制原則，在選擇出滾動(dòng)軸承內(nèi)圈與軸承內(nèi)圈配合的軸的配合代號(hào)時(shí)，由于此時(shí)用的是軸承的內(nèi)圈的內(nèi)孔，所以能選擇出基孔制的配合代號(hào)；但是在選擇滾動(dòng)軸承外圈與軸承外圈相配合的孔類零件的配合代號(hào)時(shí)，由于此時(shí)用的軸承的外圈相當(dāng)于一根標(biāo)準(zhǔn)軸，所以選擇不出滿足要求配合的配合代號(hào)[5]。因此，如果按優(yōu)先選擇基孔制的原則，選擇軸承外圈與軸承外圈相配合的孔類零件的配合代號(hào)時(shí)，就選不出來滿足要求的配合代號(hào)。

圖2 軸承與軸和外殼孔的配合

1.3 問題和困惑三

當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)件的螺母和同樣是標(biāo)準(zhǔn)件的螺栓配合時(shí)，如圖3所示：內(nèi)螺紋有 G 和H 兩種基本偏差；外螺紋有e、f、g和h四種基本偏差。在選擇二者配合的配合代號(hào)時(shí)，如果用現(xiàn)行基準(zhǔn)制的選擇依據(jù)——優(yōu)先選擇基孔制，配合的配合代號(hào)（省略公差等級(jí)）就為H/e、H/f、H/g、H/h；但螺紋的公差配合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 197—2018）中，不但推薦了內(nèi)螺紋的基本偏差H，而且還規(guī)定了基本偏差G[6]，如圖3所示。因?yàn)閮?nèi)螺紋有二個(gè)基本偏差代號(hào)G、H，外螺紋有四個(gè)基本偏差代號(hào)e、f、g、h，所以，如果按優(yōu)先選擇基孔制的原則，選擇內(nèi)外螺紋聯(lián)接件的配合代號(hào)，就會(huì)碰到以下問題和困惑：G/e、G/f、G/g、G/h是什么配合；采用的是什么基準(zhǔn)制；其中的基軸制在什么情況時(shí)才能用到。

圖3 內(nèi)外螺紋基本偏差

1.4 問題和困惑四

當(dāng)孔、軸配合時(shí)，假設(shè)當(dāng)一根階梯軸上的同一個(gè)直徑段上裝配了多個(gè)（例如3個(gè)）零件，一個(gè)是齒輪、一個(gè)皮帶輪、一個(gè)隔離齒輪和皮帶輪的隔離套筒。如果采用現(xiàn)行的優(yōu)先選擇基孔制，就會(huì)是這樣的結(jié)果：軸與齒輪配合采用基孔制的過渡配合（二者之間用鍵聯(lián)接），如選H7/Js6；軸與皮帶輪配合采用基孔制的過渡配合（二者之間用鍵聯(lián)接），如選H7/Js6；軸與隔離套筒配合采用基孔制的間隙配合，如選H7/c6（也可選非基準(zhǔn)制的間隙配合）。這樣會(huì)出現(xiàn)以下情況：1）同一直徑段的軸徑要加工成不同精度（js6、c6），給加工帶來難度；2）三個(gè)孔類零件雖然是同一個(gè)公差帶H7，但是要加工3次，且孔比軸本來就難加工，所以給加工帶來了難度[7-8]。

2 重構(gòu)基準(zhǔn)制選擇原則

出現(xiàn)上述4個(gè)問題和困惑，是因?yàn)樵谶x擇基準(zhǔn)制環(huán)節(jié)存在問題，其最根本的原因是現(xiàn)行教科書采用基準(zhǔn)制的選擇原則為優(yōu)先選擇基孔制。對(duì)此，建議重構(gòu)基準(zhǔn)制選擇原則，具體分析如下。

1）在解決問題一時(shí)，由于知道鍵本身是標(biāo)準(zhǔn)件，從鍵以及鍵連接件的公差帶國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 1095—2003）可以看出，公差配合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鍵只規(guī)定了一個(gè)公差帶代號(hào)即h8，所以在選擇與鍵及鍵槽有關(guān)的配合代號(hào)時(shí)，如果優(yōu)先采用標(biāo)準(zhǔn)件提供的基準(zhǔn)面，即基準(zhǔn)軸，問題一可以全部解決：鍵與軸上鍵槽松連接時(shí)的配合代號(hào)為H9/h8，即基軸制的間隙配合；鍵與軸上鍵槽正常連接時(shí)的配合代號(hào)為N9/h8，即基軸制的過渡配合；鍵與軸上鍵槽緊連接時(shí)的配合代號(hào)為P9/h8，即基軸制的過渡配合；鍵與輪轂上鍵槽松連接時(shí)的配合代號(hào)為D10/h8，即基軸制的間隙配合；鍵與輪轂上鍵槽正常連接時(shí)的配合代號(hào)為JS9/h8，即基軸制的過渡配合；鍵與輪轂上鍵槽緊連接時(shí)的配合代號(hào)為P9/h8，即基軸制的過渡配合[9]。

2）在解決問題二時(shí)，同樣，軸承本身也是標(biāo)準(zhǔn)件，從滾動(dòng)軸承及與軸承配合件的公差配合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 307.1—2017）可以看出，公差配合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)軸承外圈和內(nèi)圈各只規(guī)定了一個(gè)基本偏差代號(hào)即h、H，所以在選擇與軸承有關(guān)的配合代號(hào)時(shí)，如果優(yōu)先采用標(biāo)準(zhǔn)件本身提供的基準(zhǔn)面，問題二就可以全部解決：軸承內(nèi)圈與軸承內(nèi)圈相配合的軸的配合采用基孔制的配合；軸承外圈與軸承外圈相配合的孔類零件配合，因?yàn)檩S承外圈是標(biāo)準(zhǔn)的，它相當(dāng)于一個(gè)基準(zhǔn)軸，采用基軸制。

3）在解決問題三時(shí)，由于知道螺紋本身是標(biāo)準(zhǔn)件，從圖3（a）和3（b）可以看出，公差配合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)內(nèi)螺紋規(guī)定了2個(gè)基本偏差代號(hào)，對(duì)外螺紋規(guī)定了4個(gè)基本偏差代號(hào)，所以在選擇內(nèi)外螺紋有關(guān)的配合代號(hào)時(shí)，如果優(yōu)先采用標(biāo)準(zhǔn)件提供的基準(zhǔn)面作為基準(zhǔn)制，問題三就可以全部解決：即如果內(nèi)螺紋提供的是基本偏差H，采用的基準(zhǔn)制為基孔制，則內(nèi)外螺紋就可以構(gòu)成相應(yīng)的4個(gè)代號(hào)；但如果內(nèi)螺紋提供的是基本偏差G，則內(nèi)外螺紋配合要想采用有基準(zhǔn)制的配合，那么就必須采用基軸制，因?yàn)檫@時(shí)要求外螺紋提供基本偏差為h的基準(zhǔn)外表面。

通過以上的分析和討論，問題一、二、三都解決了，解決的辦法為：如果配合件間有標(biāo)準(zhǔn)件存在時(shí)，就不應(yīng)該采用現(xiàn)行的優(yōu)先選擇基孔制的基準(zhǔn)制的選擇原則，而應(yīng)該優(yōu)先以標(biāo)準(zhǔn)件為準(zhǔn)來選擇基準(zhǔn)制。

4）在解決問題四時(shí)，由于知道軸本身是通用件而不是標(biāo)準(zhǔn)件，從單個(gè)零件的加工的復(fù)雜程度及經(jīng)濟(jì)性等角度、從互相間的配合種類的選擇方面，在遇到這種情況時(shí)，如果綜合考慮后選擇基軸制，問題三的問題就全部解決了：軸與齒輪配合采用基軸制的過渡配合（二者之間用鍵聯(lián)接），例如選JS7/h6；軸與皮帶輪配合采用基軸制的過渡配合（二者之間用鍵聯(lián)接），例如選JS7/h6；軸與隔離套筒配合采用基軸制的間隙配合，例如選C7/h6（也可選非基準(zhǔn)制的間隙配合）。這樣可以達(dá)到以下效果：同一直徑段的軸徑只有一個(gè)加工精度，所以加工簡(jiǎn)單了；雖然采用基孔制后孔也是加工了3次，但是它對(duì)應(yīng)著3個(gè)不同的公差帶，相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)[10]。

3 基準(zhǔn)制選擇原則的建議

重構(gòu)公差配合基準(zhǔn)制的選擇原則為：孔、軸二者配合時(shí)，先看二者之間是否有標(biāo)準(zhǔn)件存在。如果有，二者配合的基準(zhǔn)制就優(yōu)先以標(biāo)準(zhǔn)件提供的表面為主采用基準(zhǔn)制；如果標(biāo)準(zhǔn)件提供的是一個(gè)外表面，配合的基準(zhǔn)制就采用基軸制；如果標(biāo)準(zhǔn)件提供的是內(nèi)表面，配合的基準(zhǔn)制就采用基孔制。如果無，就優(yōu)先選擇基孔軸，去除上面討論的第四種特殊情況，重構(gòu)后的基準(zhǔn)制的選擇原則如圖4所示。

圖4 重構(gòu)后的基準(zhǔn)制的選擇原則

4 結(jié)語

綜上論述，定位基準(zhǔn)對(duì)于零件加工的質(zhì)量和穩(wěn)定性有著直接的影響，在零件加工過程中，需根據(jù)定位基準(zhǔn)選擇的原則，結(jié)合零件加工整體工藝的具體情況，合理選擇定位基準(zhǔn)，以滿足零件加工要求。