机械产品设计中公差与配合的选择.doc

机械设计中公差与配合的选择
许秀兰 (潍坊工商职业学院 机电工程系,山东 诸城 262234)

摘要：公差与配合的选择在机械产品的设计与制造中非常重要，它直接影响产品的使用性能和加工成本。在选用公差与配合时 ,应遵循三个基本选用原则 ,即基准制选用原则、公差等级选用原则和公差带及配合选用原则。
关键词：基准制；公差等级；配合类别
公差与配合的选择在机械产品的设计与制造中非常重要，它直接影响产品的使用性能和加工成本。在选用公差与配合时，应遵循三个基本选用原则，即基准制选用原则、公差等级选用原则和公差带及配合选用原则。
一、基准制的选择
1.一般情况优先选用基孔制
这主要从工艺性和经济性来考虑。
孔通常用定值刀具（如钻头、铰刀、拉刀等）加工，用极限量规（塞规）检验。当孔的基本尺寸和公差等级相同而基本偏差改变时，就需要更换刀具、量具。而一种规格的磨轮或车刀，可以加工不同偏差的轴，轴还可以用通用量具进行测量。所以，为了减少定值刀具、量具的规格和数量，利于生产，提高经济性，应优先选用基孔制。
2.有明显经济效益时应选用基轴制
（1）当在机械制造中采用具有一定公差等级（IT7~IT9）的冷拉钢材，其外径不经切削加工即能满足使用要求时，就应选择基轴制，再按配合要求选用适当的孔公差带加工孔就可以了。
（2）由于结构上的优点，宜采用基轴制。如图a所示的发动机活塞销轴与连杆铜套孔和活塞孔之见的配合，根据工作需要，活塞销轴与活塞孔应为过渡配合，而活塞销轴与连杆之间由于有相对运动应为间隙配合。若采用基孔制配合，如图b，销轴将做成阶梯状，这样既不便于加工，又不利于装配。若采用基轴制配合，如图c，销轴做成光轴，既方便加工，又利于装配。

3.与标准件配合时，应服从标准件的既定表面
标准件通常由专业工厂大量生产，在制造时起配合部位的基准制已确定。所以与其配合的轴和孔一定要服从标准件既定的基准制。例如，与滚动轴承内圈配合的轴应选用基孔制，而与滚动轴承外圈外径相配合的外壳孔应选用基轴制。
4.在特殊需要时可采用非基准制配合
非基准制配合是指由不包含基本偏差H和h的任一孔、轴公差带组成的配合。例如：Ф 60D10/js6

二、公差等级的选择
正确合理地选择公差等级，就是需要处理好零件的使用要求与制造工艺和成本之间的关系。
选择公差等级的基本原则是，在满足零件使用要求的前提下，尽量选取较低的公差等级。随着公差等级的提高，成本也随之提高。在低精度区，精度提高，成本增加不多；在高精度区，精度稍提高，成本急剧增加，故高精度公差等级的选用应特别慎重。 但如果工艺条件许可，成本增加不多的情况下，也可适当提高公差等级，来保证机器的可靠性、延长使用寿命、提供一定精度储备，以取得更好的经济效益。
公差等级的选择常采用类比法，即参考经验资料，联系待定零件的工艺、配合和结构等特点，经分析后确定公差等级。例如：IT01-IT1仅用于极个别、重要的高精度配合处；
IT2-IT5用于高精度和重要配合处，如精密机床主轴轴颈、主轴箱孔与轴承的配合等；
IT5-IT8用于精密配合，如机床传动轴与轴承的配合、与齿轮、带轮的配合，夹具中钻套与钻模板的配合，内燃机中活塞销与与销孔的配合等，在此等级中一般选用孔比轴低一级，其中最常用的孔为IT7，轴为IT6；
IT8-IT10为中等精度配合，如速度不高的轴与轴承的配合，重型机械和农业机械中精度要求稍高的配合，键与键槽宽的配合等；IT11-IT13用于不重要的配合，如铆钉与孔的配合；
IT2-IT18用于未注公差尺寸处。
三、配合的选择
1、配合类别的选择
标准规定有间隙、过渡和过盈三类配合。在选择配合时，要了解各种配合的特性。如间隙配合具有一定的间隙量，间隙量较小时主要用于精确定心又便于拆卸的静联接，或结合件间只有缓慢移动或转动的动联接，间隙量较大时主要用于结合件间有转动、移动或复合运动的动联接；过盈配合具有一定的过盈量，主要用于结合件间无相对运动不可拆卸联接，当过盈量较小时，只作精确定心用，过盈量较大时，可直接用于传递力矩；过渡配合可能具有间隙，也可能具有过盈，但无论间隙或过盈，量均较小，主要用于精确定心，结合件间无相对运动、可拆卸的静联接。
如何选择，归纳如下：
间隙配合的选择主要看运动的速度、承受载荷、定心要求和润滑要求。相对运动速度高、工作温度高，则间隙应选大一些；相对运动速度低，如一般只作低速的相对运动，则间隙可选小一些。
过盈配合的选择主要根据扭矩的大小以及是否加紧固件与拆装的困难程度等要求选择。无紧固件的过盈配合，其最小过盈量产生的结合力应保证能传递所需的扭矩和轴向力，而最大过盈量产生的内应力不许超出材料的屈服强度。

过渡配合的选择主要根据定心要求与拆装等情况进行。对应定位配合，要保证不松动；如需要传递扭矩，则需加键、销等紧固件；经常装拆的部位要比不经常拆装的配合松些。
2、孔轴偏差值的选择
配合类别确定后，基本偏差的选择有三种方法：
　　⑴ 计算法：根据配合的性能要求，由理论公式算出所需的极限间隙或极限过盈，该法只在重要的配合件和有成熟理论公式时采用。
　　⑵ 试验法：需通过一系列不同配合的试验，以得出最佳配合方案，要做大量试验，代价较高，一般在大量生产中的重要配合件才采用。
　　⑶ 经验法：通过平时实践掌握各种配合特点和通过类比法确定基本偏差，经验法是最常用的方法。
　　① 间隙配合偏差的选择  间隙配合共有A-H（a-h）十一种，其基本偏差的绝对值即等于最小间隙，故可根据要求的最小间隙选择基本偏差代号。其中：基本偏差A-C（a-c）为特大间隙配合，用于不重要的配合或高温及工作条件较差处的配合；基本偏差D（d）、E（e）为较大间隙配合，适用于IT6-IT11级；基本偏差F（f）为最常用的一种间隙配合，适用于IT5-IT9级，常用于齿轮箱、泵、小电动机中的滑动轴承配合；基本偏差G（g）为较小间隙的配合，适用于IT5-IT7级，用于精密机构转速较低的滑动配合；基本偏差H（h）最小间隙为零，IT1-IT12都可采用,常用于有低速滑动的配合，或用于要求精确定心的、便于拆卸的静联接的配合处。
　　② 过渡配合的基本偏差选择  过渡配合有Js-N(js-n)四种基本偏差，主要特点是定心精度高且可拆卸，也可加键销坚固件后用于传递力矩，主要根据机构受力情况、定心精度和要求装拆次数来考虑选择基本偏差，过渡配合公差等级不能太低，一般选IT5-IT8。
过渡配合的松紧程度，一般是以它们获得间隙或过盈的百分率来衡量的，在批量生产时，都采用调整法加工，孔、轴加工后的尺寸接近正态分布。定心要求高、受冲击负荷、不常拆卸的，可选较紧的基本偏差如N（n），反之应选较松的基本偏差如Js(js)。
③ 过盈配合的基本偏差选择  过盈配合共有P-ZC（p-zc）13种基本偏差，其特点上由于有过盈，装配后孔的尺寸被胀大而轴的尺寸被压小，两者产生弹性变形，在结合面上产生一定的正压力和摩擦力，借以传动力矩和坚固零件。选择过盈配合时，如不附加键销等坚固件，则最小过盈应能保证传递所需的力矩，最大过盈应不使材料破坏，最小与最大过盈量不能相差太大，故一般过盈配合公差等级为IT5-IT7级，基本偏差根据最小过盈量及结合件的标准公差来选取。
过盈配合的可靠性与装配方法有很大关系，一般   P-R(p-r)为轻型过盈配合，可用手锤或压力机压入，作精确定心用，并加键销传递力矩。   S-T（s-t）为中型过盈配合，可用压力机，也可用热胀孔或冷缩轴的法装配，可传不大的力矩。   U-V（u-v）为重型过盈配合，用热孔法装配，可传较大力矩而不需坚固件。   X（x）以上为特重型过盈配合，目前使用经验与资料均很少，须经专门试验后才可应用。

公差等级的选择原则：
1 ．当公差等级 ≤ IT8 时，推荐孔比轴低一级的配合，但对 ＞ IT8 级的配合，则应采用同级配合。
2 ．选择时，既要满足设计要求，又要考虑工艺的可能性与经济性。即：在满足使用要求的前提下，尽量扩大公差值。
配合的选择
1.选择顺序：
优先 → 常用 → 一般 → 任意组合。
2.代号的确定：
(1) 间隙配合， | 轴基本偏差 |=Xmin. 故可按 Xmin 来确定基本偏差的代号。
(2) 对于 Y 配合，在确定了基准件的等级后，即可按 Ymin 来配合件的基本偏差代号，并依据 T f 要求确定孔轴的公差等级。
3.选择方法：
(1) 计算法，理论上。
(2) 实验法，重要的配合。
(3) 类比法，经验。
1、方法：计算法、类比法和试验法。
2、选用步骤
⑴ 首先根据使用要求，确定配合的类别，即确定是间隙，过盈，还是过渡配合。
⑵ 确定类别后，再进一步类比确定选用哪一种配合。
⑶ 工作条件是选择配合的重要依据，当待选部位与典型实例在工件上有所不同时，应对配合的松紧作适当的调整，最后确定选用哪种配合。

四、公差与配合选用示例