3.3　極限與配合的選擇與應用

尺寸公差與配合的選用是機械設計和制造的一個很重要的環節，公差與配合選擇得是否合適，直接影響到機器的使用性能、壽命、互換性和經濟性。公差與配合的選用主要包括：配合制的選用、公差等級的選用和配合種類的選用。

3.3.1　配合制的選用

設計時，為了減少定值刀具和量具的規格和種類，應該優先選用基孔制。

雖然基孔制和基軸制可以得到相同的配合性質，使用起來并無區別，但是從工藝角度考慮，用鉆頭、鉸刀等定值刀具加工中等精度的孔時，每一把刀具只能加工出某一尺寸，而同一把車刀或一個砂輪可以加工大小不同的軸，故改變軸的極限尺寸比較容易，采用基孔制更有經濟優勢。對于尺寸較大、精度較低的孔，雖然一般不使用定值刀具和量具，但為了統一和習慣，也選擇基孔制。

然而下列情況應選用基軸制配合：

（1）在農業機械、紡織機械、建筑機械中經常使用具有一定公差等級的冷拉鋼材直接做軸，采用基軸制可避免冷拉鋼材的尺寸規格過多。

（2）加工尺寸小于1mm的精密軸比同級孔困難，因此在儀器制造、鐘表生產、無線電工程中，常使用經過光軋成形的鋼絲直接做軸，采用基軸制更經濟。

（3）在同一軸與公稱尺寸相同的幾個孔相配合，且配合性質不同的情況下，可考慮基軸制。比如，內燃機中活塞銷與活塞孔和連桿套筒的配合，如圖3-16（a）所示，根據使用要求，活塞銷與活塞孔的配合為過渡配合，活塞銷與連桿套筒的配合為間隙配合。

如果選用基孔制配合，三處配合分別為H6/m5、H6/h5和H6/m5，公差帶如圖3-16（b）所示；如果選用基軸制配合，三處配合分別為M6/h5、H6/h5和M6/h5，公差帶如圖3-16（c）所示。選用基孔制時，必須把軸做成臺階形式才能滿足各部分的配合要求，而且不利于加工和裝配；如果選用基軸制，就可把軸做成光軸，非常方便。

（4）與標準件配合的孔或軸，必須以標準件為基準件來選擇配合制。如滾動軸承內圈和軸頸的配合必須采用基孔制，見圖3-17中的ф55j6；外圈和殼體的配合必須采用基軸制，見圖3-17中的ф100J7。

此外，在一些經常拆卸和精度要求不高的特殊場合可以采用非基準制。比如滾動軸承端蓋凸緣與箱體孔的配合，見圖3-17中的ф100J7/e9；軸上用來軸向定位的隔套與軸的配合，見圖3-17中的ф55G9/j6，采用的都是非基準制。

3.3.2　公差等級的選用

公差等級的選用有一個基本原則，就是在能夠滿足使用要求的前提下，盡量選擇低的公差等級。精度越高，成本越高，在低精度區，如圖3-18的B點右側，提高精度增加的成本較少；而在高精度區，如圖3-18的A點左側，精度稍有提高，成本和廢品率就會急劇增加。因此，選用高精度時需要格外謹慎。

公差等級的選用通常使用類比法，除遵循上述原則外，還應考慮以下問題。

（1）工藝等價性　令孔和軸的加工難度基本相同。公稱尺寸≤500mm且標準公差≤IT8的孔比同級的軸加工困難，國家標準推薦孔與比它高一級的軸配合，而公稱尺寸≤500mm且標準公差>IT8的孔以及公稱尺寸>500mm的孔，精度容易保證，國家標準推薦孔、軸采用同級配合。對≤3mm的公稱尺寸，由于工藝多樣性，孔的公差等級可能高于、等于或低于軸。

（2）工藝可能性　選用公差等級還要考慮本廠的加工設備、生產條件等情況，各種加工方法可達到的公差等級，見表3-12。

（3）公差等級的應用范圍　具體的公差等級的選擇，可參考表3-13。

（4）配合類型　過渡配合和過盈配合對間隙或過盈的變化比較敏感，公差等級不宜太大，一般孔≤IT8，軸≤IT7。對間隙配合，間隙小的公差等級應較小，間隙大的公差等級可較大。

（5）精度匹配　相配合的零部件精度要匹配，例如，齒輪孔與軸的配合，它們的公差等級決定于相關件齒輪的精度等級，與標準件滾動軸承相配合的外殼孔和軸頸的公差等級決定于相配合件滾動軸承的公差等級。零件要求不高時，可與相配零件的公差等級相差2～3級。

3.3.3　配合的選擇

配合的選擇主要是根據使用要求確定配合種類和配合代號。

（1）確定配合種類　當相配合的孔、軸間有相對運動時，選擇間隙配合；當相配合的孔、軸間無相對運動，不經常拆卸，而需要傳遞一定的轉矩時，選擇過盈配合；當相配合的孔、軸間無相對運動，而需要經常拆卸時，選擇過渡配合。

（2）非基準件基本偏差代號的選擇　通常有三種方法，分別是計算法、試驗法和類比法。

計算法是根據一定的理論和公式，經過計算得出所需的間隙或過盈，計算結果是近似值，實際中還需要經過試驗來確定；試驗法用于對產品性能影響很大的配合，要進行大量試驗來確定最佳的間隙或過盈，成本比較高；類比法則參照類似的經過生產實踐驗證的機械，分析零件的工作條件及使用要求，以它們為樣本來選擇配合種類，是機械設計中最常用的方法。使用類比法設計時，各種基本偏差的選擇可參考表3-14來進行。

選用時應首先考慮優先公差帶及優先配合，其次考慮常用公差帶和常用配合，最后是其他公差帶。優先配合的選用說明見表3-15。

此外，選擇配合時還應該考慮工作情況的影響，見表3-16。

例3-7　已知某配合公稱尺寸ф40mm，允許其間隙和過盈在+0.024～-0.02mm范圍內變動，試確定孔軸公差帶，并畫出公差帶圖。

解：（1）選擇配合制

無特殊要求，選擇基孔制，EI=0。

（2）選擇公差等級

配合公差許用值　

查表3-2可知，IT6=16μm，IT7=25μm，由于孔的精度通常低一級，可嘗試取孔為IT7，軸為IT6，此時

Tf=IT6+IT7=41μm，滿足許用值且最大。

（3）確定孔軸公差帶代號

綜上，孔為

最大間隙Xmax=+0.025-ei≤+0.024mm，即ei≥1μm

查表3-4，取軸的基本偏差代號為k，則其公差帶為。

（4）驗算

Xmax=ES-ei=0.025-0.002=0.023

Ymax=EI-es=0-0.018=-0.018

最大間隙和最大過盈都在給定范圍內，設計結果滿足要求。公差帶圖見圖3-19。