公差带与配合的选择

孔、轴公差与配合的选择是机械产品设计中的重要部分，这直接影响机械产品的使用精度、性能和加工成本。孔、轴公差与配合的选择包括基准制、标准公差等级和配合种类三方面的选择。选择的原则是在满足使用要求的前提下，获得最佳的技术经济效益。标准公差等级和配合种类的选择方法有计算法、实验法和类比法。

用计算法选择标准公差等级和配合种类，通常要用到相关专业理论知识，通过一些公式计算出极限间隙或过盈，可以借助计算机来完成。

用实验法选择标准公差等级和配合种类，主要用于对产品质量和性能有极大影响的重要配合，通过一定数量的实验，确定出最佳工作性能所需的极限间隙或极限过盈。这种方法费时、费力，费用颇高，因此很少采用。

用类比法选择标准公差等级和配合种类是设计时较常应用的方法，借鉴使用效果良好的同类产品的技术资料或参考有关资料并加以分析来确定孔、轴的极限尺寸。

1.推荐选用的公差带

按GB/T 1800－2009提供的标准公差和基本偏差可以得到大量不同大小和位置的公差带，但如果广泛选用这些公差带，势必造成刀、量具品种、规格繁杂；虽然GB/T 1800－2009中对公差带的选择已做了限制，但范围仍然很广，需进一步对公差带的选择加以限制，并选用适当的孔、轴公差带以组成配合。因此，GB/T 1801—2009《产品几何技术规范（GPS）　极限与配合　公差带和配合的选择》做了如下规定。

1）孔公差带

公称尺寸至500mm的孔公差带规定如图3-21所示，有105种。选择时，应该优先选用圆圈中的公差带（共13种），其次选用方框中的，最后选用其他公差带。

图3-21　公称尺寸至500mm的孔公差带

公称尺寸大于500～3 150mm的孔公差带如图3-22所示。

图3-22　公称尺寸大于500～3 150mm的孔公差带

2）轴的公差带

公称尺寸至500mm的轴公差带如图3-23所示，有116种。选择时，应优先选用圆圈中的公差带（共13种），其次选用方框中的公差带，最后选用其他公差带。

图3-23　公称尺寸至500mm的轴公差带

公称尺寸大于500～3 150mm的轴公差带如图3-24所示。

图3-24　公称尺寸大于500～3 150mm的轴公差带

2.推荐选用的配合

1）公称尺寸至500mm的配合

为了使配合的选择比较集中，GB/T 1801—2009还规定了公称尺寸至500mm的基孔制优先配合13种、常用配合59种，见表3-4；基轴制优先配合13种、常用配合47种，见表3-5。选择时，首先选用优先配合，其次选用常用配合。

表3-4　基孔制优先、常用配合（摘自GB 1801—2009）

注：1.在公称尺寸小于或等于3mm和在小于或等于100mm时为过渡配合。
2.标注的配合为优先配合。

表3-5　基轴制优先、常用配合（摘自GB 1801—2009）

注：标注的配合为优先配合。

2）配制配合

公称尺寸大于500～3 150mm的配合一般采用基孔制的同级配合。除采用互换性生产外，根据零件制造特点和生产实际情况，可采用配制配合。GB/T 1801—2009可以指导有关配制配合的正确理解和使用。

配制配合是以一个零件的实际尺寸为基数来配制另一个零件的一种工艺措施，一般用于公差等级较高、单件小批生产、尺寸大于500mm的配合零件。

对配制配合零件的一般要求先按互换性生产选取配合。配制的结果应满足配合公差。

一般选取较难加工但能得到较高测量精度的那个零件（在多数情况下是孔）作为先加工件，给它一个比较容易达到的公差或按线性尺寸未注公差加工。

配制件（多数情况下是轴）的公差可按国标推荐的配合公差来选取。所以配制件的公差比采用互换性生产时单个零件的公差要大。

配制件的偏差和极限尺寸以先加工件的实际尺寸为基数来确定。

配制配合是关于尺寸公差方面的技术规定，不涉及其他技术要求。例如，零件的形状和位置公差、表面粗糙度等不因采用配制配合而降低。

测量对保证配合性质有很大关系，应注意温度、形状和位置误差对测量结果的影响。配制配合应采用尺寸相互比较的测量方法；在同样条件下，应使用同一基准装置或校对量具，由同一组测量人员进行测量，以提高测量精度。

配制配合在图样上的标注方法：用MF表示配制配合。借用基准孔代号H或基准轴代号h表示先加工件。在装配图和零件图的相应部位均应标出。装配图上还要标明按互换性生产时的配合要求。

示例如下：

公称尺寸为φ3000mm的孔和轴，要求配合的最大间隙为0.450mm，最小间隙为0.140mm。按互换性生产可选用φ3000H6/f6或φ3000F6/f6，其最大间隙为0.415mm，最小间隙为0.145mm。现确定采用配制配合。

（1）在装配图上标注为

或

（2）若先加工件为孔，给一个较容易达到的公差，如H8，在零件图上标注为

若按线性尺寸未注公差加工孔，则标注为

（3）配制件轴根据已确定的配合公差选取合适的公差带，例如f 7，此时其最大间隙为0.355mm，最小间隙为0.145mm，图上标注为

配制件极限尺寸的计算：

用尽可能准确的测量方法测出先加工件的实际尺寸，配制件的极限尺寸便可计算出来。如上例，若测得孔的实际尺寸为3 000.195mm，则配制件轴的极限尺寸计算如下：

3）优先、常用配合

GB/T 1800.2—2009《产品几何技术规范（GPS）　极限与配合　第2部分：标准公差等级和孔、轴极限偏差表》中列出了标准公差和基本偏差数值计算出的孔、轴常用公差带的极限偏差数值。GB/T 1801—2009中列出了基孔制和基轴制优先、常用配合的极限间隙和极限过盈数值。实际设计时可以直接查这些标准。

3.公差等级的选择

选择标准公差等级时，要正确处理使用要求与制造工艺、加工成本之间的关系。因此，选择标准公差等级的基本原则是，在满足使用要求的前提下，尽量选取低的标准公差等级。

标准公差等级可用类比法选择，参考从生产实践中总结出来的技术资料，把所设计产品的技术要求与之进行对比选择。用类比法选择标准公差等级时，应熟悉各个标准公差等级的应用范围。

IT01～IT1用于量块的尺寸公差。

ITl～IT7用于量规的尺寸公差，这些量规常用于检验IT6～IT16的孔和轴。

IT2～IT5用于精密配合，如滚动轴承各零件的配合。

IT5～IT10用于有精度要求的重要和较重要配合。IT5的轴和IT6的孔用于高精度重要配合，如精密机床主轴轴颈与轴承、内燃机的活塞销与活塞上的两个销孔的配合。IT6的轴与IT7的孔在机械制造业中的应用很广，用于较高精度的重要配合，如普通机床的重要配合、内燃机曲轴的主轴颈与滑动轴承的配合，也用于滚动轴承内、外圈分别与轴颈和箱体孔（外壳孔）的配合。IT7、IT8通常用于中等精度要求的配合，如通用机械中轴的轴颈与滑动轴承的配合，以及重型机械和农业机械中较重要的配合。IT9、IT10用于一般精度要求的配合，如键宽与键槽宽的配合等。

IT11、IT12用于不重要的配合。

IT12～IT18用于非配合尺寸。

在选择标准公差等级时，还应考虑下列几个问题。

1）同一配合中孔与轴的工艺等价性

工艺等价性是指同一配合中的孔和轴的加工难易程度基本相同。对于间隙配合和过渡配合，标准公差等级为8级或高于8级的孔应与高一级的轴配合，如φ50H8/f7、φ40K7/h6；标准公差等级为9级或低于9级的孔可与同一级的轴配合，如φ30H9/g9。对于过盈配合，标准公差等级为7级或高于7级的孔应与高一级的轴配合，如φ100H7/u6、φ60R6/h5；标准公差等级为8级或低于8级的孔可与同一级的轴配合，如φ60H8/t8。

2）相配件或相关件的结构或精度

某些孔、轴的标准公差等级取决于相配件或相关件的结构或精度。例如，与滚动轴承相配合的轴颈和箱体孔的标准公差等级取决于相配件滚动轴承的类型和公差等级，以及配合尺寸的大小。盘形齿轮的基准孔与轴的配合中，该孔和该轴的标准公差等级取决于相关件齿轮的精度等级。

3）配合性质及加工成本

过盈、过渡配合和间隙较小的间隙配合中，孔的标准公差等级应不低于8级，轴的标准公差等级通常不低于7级，如H7/g6。而间隙较大的间隙配合中，孔的标准公差等级较低（9级或9级以下），如H10/d10。

间隙较大的间隙配合中，孔和轴之一由于某种原因，必须选用较高的标准公差等级，则与它配合的轴或孔的标准公差等级可以低两三级，以便在满足使用要求的前提下降低加工成本。例如，减速箱中轴套孔与轴颈配合为D9/k6；箱体孔与端盖定位圆柱面的配合为J7/e9。

4.基准制的选择

基孔制和基轴制可以满足同样的使用要求。选用基孔制或基轴制主要从产品结构、工艺和经济性等方面来考虑。

1）优先选用基孔制

设计时，应优先选用基孔制。因为孔通常使用定值刀具（如钻头、铰刀、拉刀等）加工，使用光滑极限塞规检验，而轴使用通用刀具（如车刀、砂轮等）加工，便于用普通计量器具测量，所以采用基孔制配合可以减少孔公差带的数量，这就可以减少定值刀具和光滑极限塞规的规格种类，经济合理。

2）特殊情况采用基轴制

在有些情况下，采用基轴制比较经济合理。例如，农业机械和纺织机械中，常用具有一定精度的冷拉钢材直接作轴，这种轴不需要切削加工，因此应采用基轴制。又如，根据结构上的需要，在同一根轴的不同部位上装配几个不同配合要求的孔的零件应采用基轴制。如图3-25所示，在内燃机的活塞、连杆机构中，活塞销与活塞上的两个销孔的配合要求紧些（过渡配合性质），而活塞销与连杆小头孔的配合要求松些（最小间隙为零）。若采用基孔制［图 3-26（a）］，则活塞上的两个销孔和连杆小头孔的公差带相同（H6），而满足两种不同配合要求的活塞销要按两种公差带（h5，m5）加工成阶梯轴，这既不利于加工，又不利于装配（装配时会将连杆小头孔刮伤）。反之，采用基轴制［图3-26（b）］，则活塞销按一种公差带加工，制成光轴，这样活塞销的加工和装配都方便。

图3-25　活塞、连杆机构中的三处配合
1—活塞；2—活塞销；3—连杆

图3-26　活塞销与活塞及连杆上孔的公差带
（a）基孔制配合；（b）基轴制配合

3）以标准部件为基准选择基准制

对于与标准部件（或标准件）相配合的孔或轴，它们的配合必须以标准部件（或标准件）为基准来选择基准制。例如，滚动轴承外圈与箱体孔（外壳孔）的配合必须采用基轴制，内圈与轴颈的配合必须采用基孔制。

4）必要时采用任何适当的孔、轴公差带组成非基准制的配合

如图3-27所示，圆柱齿轮减速器中，输出轴轴颈的公差带按它与轴承内圈配合的要求已确定为φ55k6，而起轴向定位作用的轴套的孔与轴颈的配合，允许间隙较大，轴套孔的尺寸精度要求不高，只要求拆装方便，因此按轴颈的上极限偏差和最小间隙的大小来确定轴套孔的下极限偏差，本例确定该孔的公差带为φ55D9。箱体孔的公差带按它与轴承外圈配合的要求已确定为φ100J7，而端盖定位圆柱面与箱体孔的配合，允许间隙较大，端盖要求拆装方便，而且尺寸精度要求不高，因此端盖定位圆柱面的公差带可选取φ100e9。这样组成非基准制配合，由φ55D9/k6和φ100J7/e9既满足使用要求，又获得最佳的技术经济效益。

图3-27　减速器中轴套处和轴承端盖处的配合

5.配合种类的选择

确定了基准制与孔、轴的标准公差等级之后，就是选择配合种类。选择配合种类实际上就是确定基孔制中的非基准轴或基轴制中的非基准孔的基本偏差代号。设计时，可按配合的特征和极限间隙或极限过盈的大小，采用类比法选择孔或轴的基本偏差代号，且应尽量采用国家标准规定的优先配合。这样，就需要了解各种基本偏差的特点和应用场合，表3-6所示为各种基本偏差的应用实例，可供参考。

表3-6　各种基本偏差的应用实例

续表

选择配合种类时，应考虑的主要因素如下：

（1）孔、轴间是否有相对运动。相互配合的孔、轴间有相对运动，必须选取间隙配合；无相对运动且传递载荷时，应选取过盈配合，也可选取过渡配合，这时必须加键或销等连接件。

（2）过盈配合中的受载情况。利用过盈配合中的过盈来传递转矩时，传递的转矩越大，则所选配合的过盈应越大。

（3）孔和轴的定心精度要求。相互配合的孔、轴定心精度要求较高时不宜采用间隙配合，通常采用过渡配合或过盈小的过盈配合。

（4）带孔零件和轴的拆装情况。经常拆装的零件的孔与轴的配合，如带轮的孔与轴配合，滚齿机、车床等机床的变换齿轮的孔与轴配合，要比不经常拆装零件的孔与轴的配合松些。有的零件虽不经常拆装，但拆装困难，也应选取较松的配合。

（5）孔和轴工作时的温度。如果相互配合的孔、轴工作时与装配时的温度差别较大，则选择配合要考虑热变形的影响。现以铝活塞与气缸钢套孔的配合为例加以说明，设配合的公称尺寸D为φ110mm，活塞的工作温度t1为180℃，线膨胀系数α1为24×10-6/℃；钢套的工作温度t2为110℃，线膨胀系数α2为12×10-6/℃。要求工作时的间隙在0.1～0.28mm范围内。装配时温度t为20℃，这时钢套孔与活塞的配合种类可如下确定：

由热变形引起的钢套孔与活塞间的间隙变化量为

即工作时把装配间隙减小0.304mm。

因此，装配时必须满足最小间隙：

最大间隙：

才能保证工作间隙在0.1～0.28mm范围内。

根据Smax-Smin=0.584-0.404=TD+Td=0.18(mm)，取钢套孔和活塞的标准公差等级相同，并采用基孔制，则TD=Td=90μm，孔的下极限偏差EI=0，由标准公差数值表查得孔、轴的标准公差等级靠近IT9，则取为IT9。由Smin=EI-es，得es=0-0.404=-0.404(mm)（轴的基本偏差数值）。由轴的基本偏差数值表查得轴的基本偏差代号为a（其数值为-410μm）。最后确定钢套孔与活塞的配合公差为φ110H9/a9。

（6）装配变形。在机械结构中，有时会遇到薄壁套筒装配后变形的问题。如图3-28所示，套筒外表面与机座孔的配合为过盈配合φ80H7/u6，套筒内孔与轴的配合为间隙配合φ60H7/f6。由于套筒外表面与机座孔的装配会产生过盈，当套筒压入机座孔后，套筒内孔会收缩，产生变形，使套筒孔径减小，而不能满足使用要求。因此，在选择套筒内孔与轴的配合时应考虑这变形量的影响。具体办法有两个：其一是预先将套筒内孔加工得比φ60H7稍大，以补偿装配变形；其二是用工艺措施保证，将套筒压入机座孔后，再按φ60H7加工套筒内孔。

（7）生产类型。选择配合种类时，应考虑生产类型（批量）的影响。在大批大量生产时，多用调整法加工，加工后尺寸的分布通常遵循正态分布。而在单件小批生产时，多用试切法加工，孔加工后尺寸多偏向孔的下极限尺寸，轴加工后尺寸多偏向轴的上极限尺寸，即孔和轴加工后尺寸的分布皆遵循偏态分布。为了满足相同的使用要求，单件小批生产时采用的配合应比大批大量生产时松些。

图3-28　会产生装配变形的结构