公差配合在机械设计与机械制造中的应用

2018-02-16李春艳

现代制造技术与装备 2018年3期

李春艳

（四川交通职业技术学院，成都 611130）

1 基本概念

1.1 公差

公差广泛存在于机械制造行业，是机械制造的重要参数变动量，它包括物理、化学、电力工程等辅助性学科类型的参数，零件的几何参数也是机械制造公差的重要因素。为了确定产品的参数，使产品的各方面数据达到统一，实现标准化生产，以备日后与其他工具进行配合和互换，公差可以分为尺寸工差（机械几何参数的波动范围）、形状公差（几何参数所对应的单一形状的变动范围）、位置公差（关联实际要素的位置与基准之间的参数值变化）。在制造过程中，按照公差等级确定制造工具的尺寸精密度，公差等级越高，尺寸允许的变动范围越小，制造出来的器械越精密。

1.2 配合

配合是指基本尺寸相同、相互结合的孔和轴公差带之间的关系，根据一个零件的标准尺寸，零件之间可以进行互换，从而选择另一个零件。

1.3 公差配合

公差配合是指组成机械配合中孔、轴之间公差的和，是允许轴孔之间间隙大小的变动量，可以分为间隙配合、过盈配合。间隙配合又称动配合，指轴孔之间有明显空隙可以对接，轴可以转动。过盈配合又称为静配合，轴孔之间没有空隙，轴无法转动。过渡配合介于间隙和过盈之间，无法确定轴孔之间是否有间隙可以转动。

2 机械设计中公差配合的选用

2.1 机械设计中公差配合存在的意义

机械工业包括农业机械生产、化工设备、动力设备、矿物冶炼运输设备等各种重要制造工业，现代机械生产要求规范化，各种工具型号有规定的标准，不同地区公司生产的机械零件可以互换，规格统一，不需要重新制造，机械制造中生产零件尺寸在公差范围之内。机械制造中的互换包括几何参数、力学性能的互换，制造过程中存在各种不稳定的因素，没有任何一种机械可以达到百分之百的一致，设计与制造机械时要预先设计机械之间存在的公差。对于机械制造而言，公差的存在是为了让制造品有一定范围的几何参数波动，允许机械制造中存在一定的误差，保证机械型号可以配对。

在设计过程中首先要选用基准制，在普通轴孔配合中一般优先选用基孔制，通过基孔更容易加工轴，运用基准可以减少工序，确定机械制造的尺寸，达到批量生产和标准生产的目标。确定基准后，要选用不同的公差等级，公差等级显示出器械制造的精准度，一般而言，公差等级当然是越高越好，但在实际生产过程中，为了达到经济效益最大化，在能够达到实际要求时选用较低公差等级，可以减少成本，在轴孔配合中轴的公差等级一般比孔的工差等级低。

2.2 机械设计中三种不同类型公差的选用

根据轴孔之间间隙的大小，人们需要选择不同的型号配伍。H11/c11适用于需要较大间隙的场合，如手摇式发电机。空转带轮与轴的配合可以选择H9/d9，间隙较小，但又可以转动。精密的间隙配合就选择H8/f7。精密配合一般选用过渡配合，如滚动轴承内圈与轴的配合、外圈与孔的配合，使用时需要参数精密又方便拆卸。如果轴与孔之间不需有相对运动，应选用过盈配合，轴孔固连在一起承接负荷，过盈量越大，轴孔之间可传递的力就越大，大过盈量配合的器械一般用压力机或温差法进行装配。例如，火车的轮圈与轮毂在运动过程中不能有移动，用温差法装配轮圈与轮毂配合。

3 公差配合在机械设计与制造中的应用

3.1 公差配合在机械设计中的应用

设计是机械制造最开始的阶段，只有完整有效的设计才能够制作出精密的机械，公差的配合是机械制造中的一门科学，好的公差配合能增加机械的使用效率与使用寿命。在机械设计中要首先考虑公差配合，制造机械时不同部位的零件都有相应的尺寸、形状、位置，这些都与公差有关。在设计最简单的孔轴时，如基本尺寸为2500mm的孔、轴，按照实际工作的标准要求，2500mm尺寸的轴、孔最大配合间隙为0.35mm，最小间隙为0.120mm，采用基孔制，在进行机械设计时，在装配图上标注加工顺序，以孔为新加工的零件，测出孔的范围与公差。根据标准公差表确定轴的尺寸。通过计算可以确定孔与轴的公差为0.115mm，以零件互换性为选择零件的标准，以孔确定的配合公差选择轴的尺寸。在机械设计过程中还要注意其他方面的问题，为了保证测量精度，要注意配合尺寸的选择。要特别注意的是配件的形状公差、位置公差与配制配合无关。设计过程中要注明基准件的公差等级，配制件按照实际生产要求，选择最佳公差带，满足交叉互换的要求。

3.2 公差设计在机械制造中的应用

在实际操作过程中，设计的间隙要大于实际间隙，制作机械零件时，按照标准零件的互换性与配合公差的要求进行配合。机械产品不同部位的零件都有自己的功效，而这些功能的发挥与机械产品的设计有关。对于加工难度大、精度要求高的零件进行加工时，选择已知公差尺寸的零件进行加工或选择公差之间可以进行配合的零件再进行二次加工。机械零件的生产一般都是大批量的互换生产，实际加工过程中会采用最大尺寸生产产品，在这种情况下，机械设计的公差毫无用处，为了达到节省成本的目的，装配的机械精确度不高，导致可能根本无法装配。

3.3 综合应用

从最初的设计、改进到最终的应用生产，机械类产品的每一个环节都需要公差配合的参与。例如，在生产螺丝与螺母时，如果螺丝的尺寸偏大或偏小，就不能够与螺母匹配，所以人们要提前进行公差分析，根据不同类型机械的要求对不同产品进行加工设计。公差配合在解决机械设备的故障中也发挥了举足轻重的作用，由于诸多人为因素、物理条件的影响，正常运转的机器可能会在工作时出现障碍，这就离不开专业维修技术。维修设备时，有不同的工差配合种类选择的原则，主要包括：一是在组装配合部位零件时要分析受力情况和接触形式，在配合面上不同零件传递扭矩的方式不同；二是在选择配合方式时要考虑到零件的实际情况，根据零件的性质来确定配合方式是紧或松；三是要根据零件的不同性能选择公差配合等级。确定公差配合的类型时，人们要使经济效益最大化。同时，基准制与非基准制的选择对于配合件是至关重要的。