尺寸公差与配合的选用

尺寸公差与配合的选择是机械设计与制造中的一个重要环节，它是在公称尺寸已经确定的情况下进行的尺寸精度设计。合理地选用公差与配合，不但可以更好地促进互换性生产，而且有利于提高产品质量，降低生产成本。在设计中，公差与配合的选用主要包括基准制、公差等级与配合种类的选用。

12.4.1 基准制的选用

选择基准制时，应从结构、工艺、经济几方面来综合考虑，权衡利弊。

（1）一般情况下，应优先选用基孔制。因为，加工孔比加工轴要困难些，所用刀具、量具尺寸规格也多些。采用基孔制，可大大缩减定值刀具、量具的规格和数量。只有在具有明显经济效果的情况下，如用冷拔钢作轴，不必对轴加工，或在同一公称尺寸的轴上要装配几个不同配合的零件，如发动机的活塞销轴与连杆铜套孔和活塞孔之间的配合，才采用基轴制，如图12－13所示。

（2）与标准件配合时，基准制的选择通常依标准件而定。例如，滚动轴承外圈与箱体孔的配合应采用基轴制，滚动轴承内圈与轴的配合应采用基孔制，如图12－14所示。选择箱体孔的公差带为J7，选择轴颈的公差带为k6。

（3）为满足配合的特殊要求，允许选用非基准制的配合，即指相配合的两零件既无基准孔H，又无基准轴h的配合。当一个孔与几个轴相配合或一个轴与几个孔相配合，其配合要求各不相同时，则有的配合会出现非基准制的配合。如图12－14所示，在箱体孔中装有滚动轴承和轴承端盖，由于滚动轴承是标准件，它与箱体孔的配合是基轴制配合，箱体孔的公差带代号为J7，这时如果端盖与箱孔的配合也要坚持基轴制，则配合为J／h，属于过渡配合。但轴承端盖需要经常拆卸，显然这种配合过于紧密，而应选用间隙配合为好。端盖公差带不能用h，只能选择非基准轴公差带，考虑到端盖的性能要求和加工的经济性，采用公差等级9级，最后选择端盖与箱体孔之间的配合为J7／f9。

图12－13 基准制选择示例（一）

图12－14 基准制选择示例（二）

12.4.2 公差等级的选用

合理地选择公差等级，对解决机器零件的使用要求与制造工艺及成本之间的矛盾，起着决定性作用，一般选用的原则如下。

（1）在常用尺寸段内，对于较高精度等级的配合，由于孔比同级轴加工困难，当标准公差≤IT8时，国家标准推荐孔比轴低一级相配合，如H7／h6；但对标准公差＞IT8级的配合，由于孔的测量精度比轴容易保证，推荐采用同级孔、轴配合，如H9／h9。

（2）选择公差等级，既要满足设计要求，又要考虑工艺的可能性和经济性。也就是说，在满足使用要求的情况下，尽量扩大公差值，即尽量选用较低的公差等级。

国家标准各公差等级与加工方法的大致关系见表12－8。

表12－8 加工方法所达到的公差等级

续表

国家标准推荐的各公差等级的应用范围如下。

IT01、IT0、IT1级一般用于高精度量块和其他精密尺寸标准块的公差。它们大致相当于量块的1、2、3级精度的公差。IT2～IT5级用于特别精密零件的配合。IT5～IT12用于常用配合尺寸公差，见表12－9。12级以下由于精度低，主要用于非配合尺寸，在配合尺寸中应用较少。

表12－9 配合尺寸公差5级至12级的应用

12.4.3 配合种类的选用

在设计中，根据使用要求，应尽可能地选用优先配合和常用配合。如果优先配合与常用配合不能满足要求时，可选标准推荐的一般用途的孔、轴公差带，按使用要求组成需要的配合。若仍不能满足使用要求，还可从国家标准所提供的544种轴公差带和543种孔公差带中选取合适的公差带，组成所需要的配合。

确定了基准制以后，选择配合就是根据使用要求——配合公差（间隙或过盈）的大小，确定与基准件相配的孔、轴的基本偏差代号，同时，确定基准件及配合件的公差等级。对间隙配合，由于基本偏差的绝对值等于最小间隙，故可按最小间隙确定基本偏差代号；对过盈配合，在确定基准件的公差等级后，即可按最小过盈选定配合件的基本偏差代号，并根据配合公差的要求确定孔、轴公差等级。

机器的质量大多取决于对其零部件所规定的配合及其技术条件是否合理，许多零件的尺寸公差，都是由配合的要求决定的，一般选用配合的方法有下列三种。

1.计算法

计算法是指根据一定的理论和公式，计算出所需的间隙或过盈的方法。如对间隙配合中的滑动轴承，可用流体润滑理论来计算保证滑动轴承处于液体摩擦状态所需的间隙，根据计算结果，选用合适的配合；对过盈配合，可按弹塑性变形理论，计算出必需的最小过盈，选用合适的过盈配合，并按此验算在最大过盈时是否会使工件材料损坏。由于影响配合间隙量和过盈量的因素很多，理论的计算也是近似的，所以，在实际应用时还需经过试验来确定。一般情况下，很少使用计算法。

2.试验法

试验法是指对产品性能影响很大的一些配合，用试验来确定机器工作性能的最佳间隙或过盈的方法。试验法比较可靠，但周期长、成本高，应用也较少。

3.类比法

类比法是指按同类型机器或机构中，经过生产实践验证的已用配合的实用情况，再考虑所设计机器的使用要求，参照确定需要的配合的方法。要掌握这种方法，首先必须分析机器或机构的功用、工作条件及技术要求，进而研究结合零件的工作条件及使用要求，其次要了解各种配合的特性和应用。这种方法应用最广。

（1）分析零件的工作条件及使用要求。为了充分掌握零件的具体工作条件和使用要求，必须考虑下列问题：工作时结合零件的相对位置状态（如运动速度、运动方向、停歇时间、运动精度等），承受负荷情况，润滑条件，温度变化，配合的重要性，装卸条件，以及材料的物理力学性能等。根据具体条件不同，结合零件的间隙量或过盈量必须相应改变，见表12－10。

表12－10 不同工作条件影响配合间隙或过盈的趋势

（2）了解各类配合的特性和应用。间隙配合的特性是具有间隙。它主要用于结合件有相对运动的配合（包括旋转运动和轴向滑动），也可用于一般的定位配合。

过盈配合的特性是具有过盈。它主要用于结合件没有相对运动的配合。过盈不大时，用键连接传递扭矩；过盈大时，靠孔轴结合力传递扭矩。前者可以拆卸，后者是不能拆卸的。

过渡配合的特性，是可能具有间隙，也可能具有过盈，但不管是间隙还是过盈，一般都比较小。它主要用于定位精确并要求拆卸的相对静止的连接。

公称尺寸不大于500mm基孔制常用和优先配合的特征及应用场合见表12－11。

表12－11 公称尺寸≤500mm基孔制常用和优先配合的特征及应用

注：1.括号内的配合为优先配合。

2.国家标准规定的44种基轴制配合的应用与本表中的同名配合相同。

12.4.4 选用实例

【例12－2】 有一孔、轴配合，公称尺寸为φ100mm，要求配合的过盈或间隙在－0.048mm～+0.041mm范围内。试确定此配合的孔、轴公差带和配合代号。

解：

（1）选择基准制。

由于没有特殊的要求，所以应优先选用基孔制，即孔的基本偏差代号为H。

（2）确定孔、轴公差等级。

由给定条件可知，此孔、轴结合为过渡配合，其允许的配合公差为

Tf=Xmax－Ymax=［0.041－（－0.048）］mm=0.089mm

因为Tf=Th+Ts=0.089mm，假设孔与轴为同级配合，则

Th=Ts=Tf／2=0.089／2mm=0.044 5mm=44.5μm

查表12－1可知，44.5μm介于IT7=35μm和IT8=54μm之间，而在这个公差等级范围内，国家标准要求孔比轴低一级的配合，于是取孔公差等级为IT8，轴的公差等级为IT7，计算配合公差为

IT7+IT8=（0.035+0.054）mm=0.089mm=Tf

故满足设计要求。

（3）确定轴的基本偏差代号。

由于采用的是基孔制配合，则孔的基本偏差代号为H8，孔的基本偏差为EI=0，孔的另一个极限偏差为ES=EI+Th=（0+0.054）mm=0.054mm。

根据ES－ei=Xmax=0.041mm，所以轴的下极限偏差ei=ES－Xmax=（0.054－0.041） mm=0.013mm。查表12－3得ei=0.013mm，对应的轴的基本偏差代号为m，即轴为m7。轴的另一个极限偏差为es=ei+Ts=（0.013+0.035）mm=0.048mm。

（4）选择的配合为：

（5）验算。

Xmax=ES－ei=（0.054－0.013）mm=0.041mm

Ymax=EI－es=（0－0.048）mm=－0.048mm

因此，满足要求。

说明：实际应用时，计算出的公差数值和极限偏差数值不一定与表中的数据正好一致。应按照实际的精度要求，适当选择。