机械设计与制造中的公差配合及其应用效果

2021-12-01商洛职业技术学院机电工程系陈其

河北农机 2021年2期

商洛职业技术学院机电工程系陈其

我国经济市场的发展在一定程度上助推了工业制造产业的发展，而机械设计与制造是工业发展的核心动力。在工业快速发展的时代背景下，我国机械设计与制造技术也得到了有效的发展和创新，而公差配合在机械设计与制造中起着非常关键的作用，无论是对零部件的质量提升还是对生产成本的管控都起着非常重要的作用。基于此本文主要是针对公差配合在机械设计与制造中的应用展开一系列的分析和探究，旨在有效加大公差配合在机械设计与制造中的应用效果，为我国工业机械制造业的发展提供有效的保障。

1 公差配合概述

1.1 公差

公差是指所允许的零件几何参数变动量，在机械设计与制造中可以被称为几何参数的有设计制造产品的直径、长度以及宽度等。在机械设计与制造的过程中，必须要确保设计生产的零件具有一定的可替代性，对于可以代替的零件要求具备基本的使用功能，并且生产规格在规定的标准范围内，而这个范围就是通过公差决定的。公差可以分为尺寸公差、形状公差、位置公差。尺寸公差是指在零件生产的过程中可接受的零件尺寸变动范围；形状公差是指零件几何要求的形状只能在被允许的范围内进行变动；位置公差是指几何要素的位置能够允许的范围。在国际标准中，公差一共分为20个等级，数字越大代表公差的等级越高，而能够允许的范围就越大。反之亦然。

1.2 配合

配合是指公差尺寸相同的并且相互结合的孔、轴公差带关系。从位置的方面进行分析，配合包含多个形式的配合，其中在机械设计与制造的过程中作为常见的配合包含间隙配合、过盈配合及过渡配合。过盈配合和间隙配合都是表示松紧程度的，即在孔和轴进行配合的过程中根据机械设备的要求所要完成的松紧程度。从字面意思上进行理解，间隙配合是指孔和轴间隙之间的配合，最大的间隙值是孔的公差值和轴的公差值之差，最小的间隙值为0。过盈配合和间隙配合相反，最显著的特征就是孔公差带在轴公差带之下，孔最小公差值与轴最大公差值之差就是最大的过盈配合，最小的过盈值为0。

1.3 公差配合

基于公差和配合的定义我们了解到公差配合即是间隙和过盈之间的变动量。在机械设计与制造的过程中，配合公差对配合精准度能够直接产生影响，通过公差配合的实践应用能够有效的缩小配合之间的间隙，促使零件的精确度得到提升。在行业标准中配合制主要包含基孔制和基轴制两种方式，其中基孔制具有一定的优先性，但是有以下三种情况适合用基轴制，比如说针对相同尺寸的某一段轴或者是在一些等直径长轴的配合应用中，另外在一些比较特殊的零部件中也可以使用基轴制。

1.4 公差配合与机械设计与制造之间的关系

在机械设计与制造的过程中，公差配合主要体现在两个方面，分别是精度控制和零件质量评价.在精度控制方面，加工条件的不同会导致零部件几何参数存在一定的差异，因此要对公差配合进行有效的控制来确保零部件的精度。在零件质量评价的过程中，主要是分析产品之间存在的误差，由此能够看出公差配合对机械设计与制造能够产生一定的影响[1]。

2 公差配合在机械设计中的实际应用

机械设计是专业的设计人员将机械的相关要求进行转化，将其变成具体可以实践操作的方案。在机械设计的过程中涉及多种多样的内容，并且具有一定的复杂性，比如说在机械设计的过程中可能会涉及机械工作原理、机械结构以及运动方式、零部件的原材料等一系列的内容，由此可见在机械设计的过程中如果中间的任何一个步骤出现差错都有可能会导致机械设计存在失误。而在机械设计的过程中，如果能够灵活运用公差配合，就能够很好地规避在机械设计的过程中存在的误差，基于此针对公差配合在机械设计中的实际应用进行分析和探究。

2.1 单个零部件的应用

在机械设计的过程中，公差配合起着非常重要的作用，因此相关的工作人员要对公差配合的相关原则进行充分的了解和掌握[2]。首先机器的零部件有重要零件和次要零件之分，在针对不同类别的零部件的时候公差配合呈现出不同的使用情况和状态，因此要分层次进行讨论。其次对于同一个零部件来说包含不同的位置，因此在公差配合进行应用时需要根据是配合部位还是非配合部位进行合理的选择。就单个零部件来说，在对其进行设计的过程中，相关设计人员要充分考虑公差项目的选择以及公差的等级和公差值等等相关的内容。以公差项目的选择来说，要遵循几个方面的原则。第一，相关设计人员要将被测要素的几何特征、结构特征以及零件的使用要求进行充分结合；第二，在进行设计的过程中要将检测的方便性和经济性考虑在内。在对公差等级和公差值进行选择的时候一般都是用类比的方法进行选用。

2.2 配合件上的应用

在机械零件设备设计和制造的过程中，公差配合发挥了非常重要的作用，另外在配合件中公差配合也同样起到了非常关键的作用。以孔和轴两个零件的配合进行分析，在孔和轴的配合过程中，相关设计人员第一时间应当考虑的是基准制的选择和配合，以基准制的选择来说，包含基孔制和基轴制两种，一般来说我们经常会优先选择基孔制，其次选择基轴制。基轴制的应用主要包含两个方面的内容：一方面当相关设计人员需要将多个零部件装配到同一个公称尺寸的轴上时，会选择使用基轴制[3]。另一方面在孔和轴进行配合的时候，将具有一定公差等级的冷拉棒材作为轴，将其和孔进行配合时一般都是选择基轴制。在基准制进行配合的过程中需要遵循相关的规律和原则，在一般情况下零件在配合的过程中都是选用类比的方法，并且优先配合一般要先于常用配合。

3 公差配合在机械制造中的实践应用

机械制造是指相关工作人员在机械设计的基础上使用大量的工具对毛坯进行加工，并将其转化为符合机械要求的相关零件，再对零件按照相关的流程步骤进行组装。但是在机械制造过程中往往会面临一系列的问题，譬如在制造的过程中如何保障零件的制造误差在合理的数据范围内，在装配的过程中能否根据相关的代号进行操作，公差配合在其中起着关键性的作用。

3.1 零件生产

在机械设计与制造过程中，相关设计人员为了达到机械生产的相关要求进行产品设计是第一步，在机械制造的过程中还应当充分利用公差配合，来确保机械设备在制造的过程中不出现误差。一般来说，在机械设备进行制造的过程中经常会因为主观或客观的条件对生产制造的过程造成一定的影响，使其最后的产品和最初设计的产品存在细小的误差。如果机械设备的误差在合理的范围内，就可以正常进行使用[4]。以石油钻井设备举例说明，钻井设备生产制造的过程，和其他的机械设备生产制造过程存在一定的差别，石油钻井设备的制造程序相对比较复杂，相关的设计制造人员在遵循相关理念的基础上除了要对所选的配合公差进行实践之外，还要将石油钻井设备的链轮和齿轮的相关因素考虑在内。在一般情况下，石油钻井设备的链轮和齿轮所承受的负荷存在一定的差别，其公差配合也不相同，公差配合的范围跨越较大，能够在较大的范围内进行合理的选择。另外，在各个零件相互配合的过程中其轴和键之间也需要进行配合，其配合允许存在一定的偏差，只需要将偏差控制在合理的范围内。基于这种情况，在石油钻井设备生产制造的过程中其耐用性和经济性以及维护性都得到了一定的保障。

3.2 设备维护

在机械设备制造的过程中公差配合起着非常关键的作用，在机械设备维护的过程中，公差配合也发挥着非常重要的作用和功能，对于机械设备的维护也非常重要。就机械设备的维护来说需要引起相关工作人员的高度重视。首先在近年来的发展过程中，随着工程施工数量的增加，对机械设备的需求量也在逐渐增加，而在各大工程施工的过程中因为机械设备出现故障导致施工人员生命安全受到损害的报道也在逐渐增加，这种情况对当前阶段的社会造成了非常严重的负面影响，也影响到了社会的和谐，因此要加强对机械设备的保养和维护，确保相关施工人员的生命财产安全[5]。其次在当前阶段如果机械设备不能得到有效的维护，会对机械设备的使用年限造成一定的影响，严重的时候还会在机械设备使用的过程中出现问题，在无形之中增加了机械施工的经济成本，对企业造成了一定的负面影响。在机械设备维护的过程中如果运用公差配合将有效规避此类事故的发生。以制浆造纸的设备为例进行分析，相对于其他设备来说，制浆造纸运营环境相对比较恶劣，这样的环境导致了制浆造纸设备在实际运行的过程中常年受到一定的损害，部分零件如果出现损害将会导致整个机械无法正常进行运转，因此在制浆造纸设备维修养护的过程中，相关维修人员要重视配合种类的选择，从而有效弥补在初期无装配图指导存在的弊端。以配合种类的选择进行分析，应当遵循众多的原则，比如说制浆造纸设备配合部位的受力不同，装配的方式也要适当地进行改变。除了对装配的方式进行合理的选择之外，在机械设备进行保养维护的过程中还要充分考虑到零件的装配难度等一系列的因素，旨在通过公差配合的应用有效地促进机械设备的维护，促使机械设备正常使用，以此来延长机械设备的使用年限。