第五節　尺寸精度設計

尺寸精度的設計就是根據產品要求和生產的經濟性選擇合適的公差配合。公差與配合的選用主要包括三方面內容，即基準制的選擇、公差等級的選擇和配合種類的選擇。正確、合理地選用極限與配合是機械設計與機械制造中的一項重要工作，它對保證產品的使用性能、提高產品質量以及降低成本、增加經濟效益將產生直接影響。

一、基準制的選擇

同名配合，例如?50H7/g6和?50G7/h6、?40H8/r7和?40R8/h7等，雖然兩種配合的基準制不同，但配合性質基本相同。因此從滿足配合性質來講，選擇基孔制和基軸制完全等效，但是從工藝、經濟、結構而言，應根據具體情況選擇合理的基準制。基準制選擇的基本原則如下。

1.優先選用基孔制

國家標準規定，一般情況下優先選用基孔制。因為加工中等精度的相同尺寸、相同公差等級的孔要比加工軸復雜或難加工，并且成本高，采用基孔制可以減少孔加工刀具與量具的數量，所以從工藝和經濟上考慮優先選用基孔制比較合理。

2.特殊情況下可選用基軸制

在有些情況下，由于結構和原材料等原因，選用基軸制更適宜。例如：

①當用冷拉鋼棒材加工零件時可以選用基軸制。由于冷拉鋼型材的尺寸、形狀相當準確，一般可達到IT7～IT9。當不經切削加工即能滿足使用要求時，選用基軸制就會降低加工成本，增加經濟效益。

②在同一公稱尺寸軸上裝有幾個不同配合性質的孔時，考慮其結構、工藝等宜選用基軸制。如圖2-21（a）所示是柴油機的活塞連桿部分裝配圖。工作時要求連桿繞活塞銷轉動，因此連桿襯套與活塞銷配合應為間隙配合。活塞銷與活塞銷座孔的配合，要求準確定位并便于裝配，故應采用過渡配合。如選用基孔制，活塞銷應設計成如圖2-21（b）所示中間細兩端粗的臺階軸，此結構不僅給加工造成困難，而且裝配時容易刮傷連桿襯套內表面。若采用基軸制，活塞銷可設計成如圖2-21（c）所示的光軸，這樣既能使加工變得容易，又便于保證裝配精度，故選用基軸制（從加工工藝及裝配工藝而言）比選用基孔制要好。

3.根據標準件選用基準制

與標準件相配合的軸或孔一定要按照標準件來選擇基準制。因為標準件通常是由專業工廠大批量生產，在制造時其配合部位的尺寸已確定。例如，滾動軸承作為標準件，與其內圈相配合的軸頸應以軸承內圈為基準，故選用基孔制。而與滾動軸承外圈相配合的殼體孔應以軸承外圈為基準，故選用基軸制。由于軸承內外徑公差都符合國家標準，軸承配合處不用標注配合代號，如圖2-22中?52j6和?52J7所示。

4.配合精度要求不高時可選用非基準制

圖2-22右端軸承蓋外徑與殼體孔的配合應保證滾動軸承的軸向定位要求和便于裝卸，而對徑向精度要求不高。由于殼體孔已確定為J7，在滿足上述要求的情況下，此處配合應選用精度較低的非基準制間隙配合，即選?52J7/f9配合有利于降低成本，此時其公差帶圖如圖2-23所示。

二、公差等級的選擇

合理地選擇公差等級，不是一件容易的事情。如精度選高了，會導致加工困難、成本加大。精度太低，產品或零件的使用性能會降低，保證不了產品的質量。因此，選擇公差等級的一般原則是在滿足使用要求的前提下盡量選擇低精度的公差等級，這樣既可以降低成本又能保證產品的加工質量。

目前選擇公差等級常用的方法是類比法，即參考實踐中總結出來的經驗資料與所設計零件的使用要求及特點等進行比較，然后確定公差等級。

選擇公差等級時應注意以下幾點。

①工藝等價性。工藝等價性是指加工孔和軸的難易程度應基本相同。

對于不大于500mm的尺寸，當公差等級小于或等于IT8時，由于加工同一精度、同一基本尺寸的孔比軸難，所以配合時根據工藝等價性原則，可選用孔的精度等級比軸低一級，例如H7/g6等；當公差等級等于IT8級時，也可選為同級，如H8/g8等；當公差等級大于IT9級時，一般選用同級，如H9/c9等。

②根據配合性質選擇公差等級。對于過渡配合、過盈配合，公差等級不宜太大（一般孔應小于或等于IT8，軸應小于或等于IT7）。對于間隙配合，間隙小的配合公差等級應較小，間隙大的配合公差等級可較大。

③根據相配合的零件或標準件選擇公差等級。相配合的零部件的精度要匹配。例如，軸徑、殼體孔與滾動軸承配合時，公差等級應取決于滾動軸承的公差等級。軸與齒輪孔配合時，公差等級取決于齒輪的公差等級。

④選擇公差等級時，應了解各種加工方法可達到的公差等級（表2-10）和公差等級的應用范圍（表2-11）。

⑤非基準制配合，孔與軸公差等級可相差2～3級。

⑥常用配合尺寸公差等級的應用詳見表2-12。

⑦對尺寸大于500mm的公稱尺寸，一般采用同級的孔、軸配合。

⑧對尺寸小于等于3mm的公稱尺寸，此時孔、軸的加工工藝性多樣化，孔、軸的公差等級的選擇也多樣化。在遵循工藝等價原則時，有時出現孔的允許公差小于軸的允許公差。即孔的加工精度高于軸的加工精度1級或2級，如鐘表業中的某些孔軸配合。

總之，選擇公差等級時在遵守一般原則的前提下，應結合具體情況，靈活地選擇，也可以用計算的方法來確定。例如，根據配合公差來確定孔和軸的公差，即

T_f=T_h+T_s

查表2-2確定T_h、T_s。

【例2-14】　設孔與相配合的軸的公稱尺寸D（d）=?48mm，S_max=+50μm，S_min=+9μm。試用查表法及計算法確定孔、軸的公差等級。

解：根據公式　

T_f=X_max-X_min=+50-（+9）=41（μm）

T_f=T_h+T_s

T_h+T_s=41μm

根據工藝等價性原則：當IT≤8時相配合的孔的公差等級與軸的公差等級相差一級且孔比軸的精度低一級。

查表2-2中30～50段落，IT6+IT7=41μm

故選孔的公差等級為IT7=25μm，軸的公差等級為IT6=16μm。

三、配合的選擇

當基準制、公差等級確定后，配合的選擇就是確定非基準件的公差帶代號。選擇配合的步驟如下。

1.選擇配合類別

根據孔、軸裝配后的使用要求選擇配合類別。當裝配后要求孔與軸有相對運動時，應選擇間隙配合；無相對運動并靠過盈傳遞載荷時，應選擇過盈配合；裝配后要求定位精度高并需要拆卸時，應選用過渡配合或過盈量較小的過盈配合或間隙量較小的間隙配合。配合的選擇方法有三種，即試驗法、計算法和類比法。

（1）試驗法　通過模擬試驗和分析選擇最佳配合。此方法最為可靠，但成本較高，一般用得比較少。

（2）計算法　根據零件的材料、結構、功能的要求以及所需要的極限間隙或極限過盈，按照一定的理論公式通過計算結果選擇或確定配合種類。此方法相對比較科學，較為常用。

（3）類比法　參照同類型機器或機構經實踐驗證合理的配合，結合實際確定配合的方法。該方法應用最廣泛。用類比法選擇配合時可參考表2-13。

選擇配合時應盡量按照優先、常用、一般順序去選擇，如按此順序不能滿足要求時，才可以選用孔、軸公差帶組成的相應配合。

2.各類配合的特性及應用

各類配合的特性及應用可根據基本偏差來反映。選擇時可參考表2-14和表2-15。

【例2-15】　某配合的公稱尺寸為?18mm，要求間隙在+0.006～+0.035mm，試確定孔和軸的公差等級和配合種類。

解：①確定基準制。因為沒有特殊要求，所以選基孔制配合（孔的基本偏差代號為H，EI=0）。

②確定公差等級。

根據公式

T_f=X_max-X_min=+35-（+6）=29（μm）

T_f=T_h+T_s=29μm

　　根據“工藝等價性”原則：當IT≤8時相互配合的孔的公差等級可以比軸的公差等級低一級。

查表2-2的10～18段落得

IT6+IT7=29μm

故選孔的公差等級為IT7=18μm，軸的公差等級為IT6=11μm。

③確定配合種類。因為是基孔制配合，所以孔的公差代號為

又因為是間隙配合。

根據公式X_min=EI-es

es=EI-X_min=0-（+6）=-6（μm）（軸的基本偏差應等于或接近-6）

查表2-4的14～18段落，es=-6的基本偏差代號為g，軸的公差代號為g6。

故配合代號為。

【例2-16】　設有一公稱尺寸為?110mm的孔與軸組成配合，為保證連接可靠其過盈不得小于40μm，為保證裝配不發生塑性變形其過盈又不得大于110μm，若采用基軸制配合，試確定孔、軸公差等級和配合代號。

解：①確定基準制。根據已知條件，選基軸制配合，即es=0。

②確定公差等級。

根據公式

T_f=Y_min-Y_max=-40-（-110）=70（μm）

T_f=T_h+T_s=70μm

根據“工藝等價”性原則，孔的精度應比軸低一級。

查表2-2的80～120段落得，IT6+IT7=57μm<70μm（并最接近70μm）

選擇孔為IT7=35μm，軸為IT6=22μm。

③確定配合種類。因為是基軸制配合，所以軸的公差代號應為，又因為是過盈配合，根據公式Y_min=ES-ei有

ES=Y_min+ei=-40+（-22）=-62 （μm）

查表2-5得，ES=-66μm（最接近-62μm）的基本偏差代號為S，孔的公差代號為S7。孔的另一極限偏差EI=ES-T_s=-66-35=-101（μm）

故選配合代號為。

④驗算。

Y'_max=EI-es=-101-0=-101 （μm）<δ_max

Y'_min=ES-ei=-66-（-22）=-44 （μm）>δ_min

因為過盈量在40～110μm之間，故符合題意。