项目四：公差配合标准的应用.doc

项目四：
公差配合标准的应用

项 目 四
公差配合标准的应用
学时：2

任务

公
差
配
合
标准
的
应用

目
标
知识目标
理解并会应用公差配合的标准。

技能目标
学会装配图中的配合公差符号的选用。

其它目标
团队协作意识

教学重点与
难点
教学重点
应用公差配合的标准；

教学难点
应用公差配合的标准。

教学条件
1、学院公差与测量实训室。
2、多媒体设备。

教学方法
演示法、实物展示法、团队合作法、互相交流法等

教学设计
及
实施过程
教师：
1、 继续用项目二、三中用到的图纸来引入公差配合标准代号的含义；
2、 上述代号逐一进行讲解。
学生：
1、体会公差配合标准代号的选择步骤；
2、进行简单的讲解；

效 果 评 价
学生：
学生分组汇报学习心得；组间相互提问；
教师：
根据汇报提问、评价；进行任务总结；

项目四： 教学内容
公差配合标准的应用
一、任务导入
1、新任务导入：用一份工厂机械加工过程中常用的和学生上学期制图课作过的作业引入新的知识点。
2、新知识点简介：基准制的选用、公差等级的选用、配合的选用；
3、重点、难点提出
三方面的选用。
二、任务分解
圆柱结合的精度设计实际上就是圆柱结合的公差与配合的选用，它是机械设计与制造中至关重要的一环，公差与配合的选用是否恰当，对机械的使用性能和制造成本有着很大的影响。圆柱结合的精度设计包括：
n 基准制的选用
n 公差等级的选用
n 配合的选用
一． 基准制的选用
基孔制和基轴制是两种平行的配合制。基孔制配合能满足要求的，用同一偏差代号按基轴制形成的配合，也能满足使用要求。如：H7/k6与K7/h6的配合性质基本相同，称为“同名配合”。所以，基准制的选择与功能要求无关，主要考虑加工的经济性和结构的合理性。
从制造加工方面考虑，两种基准制适用的场合不同；从加工工艺的角度来看，对应用最广泛的中小直径尺寸的孔，通常采用定尺寸刀具（如钻头、铰刀、拉刀等）加工和定尺寸量具（如塞规、心轴等）检验。而一种规格的定尺寸刀具和量具，只能满足一种孔公差带的需要。对于轴的加工和检验，一种通用的外尺寸量具，也能方便地对多种轴的公差带进行检验。由此可见：对于中小尺寸的配合，应尽量采用基孔制配合。
用冷拉光轴作轴时。冷拉圆型材，其尺寸公差可达IT7～IT9，能够满足农业机械、纺织机械上的轴颈精度要求，在这种情况下采用基轴制，可免去轴的加工。只需按照不同的配合性能要求加工孔，就能得到不同性质的配合。
采用标准件时。滚动轴承为标准件，它的内圈与轴颈配合无疑应是基孔制，而外圈与外壳孔的配合应是基轴制。

图4-1 标准件----滚动轴承的配合
同一基本尺寸的轴与多孔相配合，且配合性质要求不同时。如图所示的活塞部件中，活塞销和活塞与连杆的配合，根据功能要求，活塞销和活塞的配合应为过渡配合，而活塞销与连杆的配合则应为间隙配合。

图4-2 连杆系统的配合
在实际生产中，由于结构或某些特殊的需要，允许采用非配合制配合。即非基准孔和非基准轴配合，如：当机构中出现一个非基准孔（轴）和两个以上的轴（孔）配合时，其中肯定会有一个非配合制配合。如图所示，箱体孔与滚动轴承和轴承端盖的配合。由于滚动轴承是标准件，它与箱体孔的配合选用基轴制配合，箱体孔的公差带代号为J7，箱体孔与端盖的配合可选低精度的间隙配合J7/f9 ，既便于拆卸又能保证轴承的轴向定位，还有利于降低成本。
基孔制、基轴制的优先、常用配合见表3-1、3-2。
二． 公差等级的选用
公差等级的选择的实质就是尺寸制造精度的确定，尺寸的精度与加工的难易程度、加工的成本和零件的工作质量有关。公差等级越高，合格尺寸的大小越趋一致，配合精度就越高，但加工的成本也越高。公差与成本的关系如图4-3所示。因此，公差等级选择的基本原则是：在满足使用性能的前提下，尽量选择较低的精度等级。

图4-3成本与公差的关系图
公差等级的选择的方法一般采用类比法，对于已知配合要求的也可以用计算法确定其公差等级。表4-1列出公差等级的应用，表4-2列出各种加工方法所能达到的精度等级。一般配合尺寸的公差等级范围为IT5～IT13，表4-3列出配合IT5～IT13级的应用，供采用类比法时对比选用。
表4-1 公差等级的应用

表4- 2 各种加工方法可能达到的公差等级

表4- 3 公差等级IT5至IT13级的应用（尺寸≤５００mm）

采用类比法选择公差等级时应考虑的问题
（1）应遵循工艺等价的原则，即相互结合的零件，其加工的难易程度应基本相当。根据这一原则，对于基本尺寸≤500mm的，当公差等级在IT8以上时，标准推荐孔比轴低一级，如：H8/m7，K7/h6；当公差等级在IT8以下时，标准推荐孔与轴同级，如：H9/h9，D9/h9，IT8属于临界值，IT8级的孔可与同级的轴配合，也可以与高一级的轴配合，如：H8/f8，H8/k7。对于基本尺寸＞500mm的，一般采用孔、轴同级配合。表3-1.
（2）相配合的零、部件的精度应相匹配。如：与齿轮孔相配合的轴的精度就受齿轮精度的制约；与滚动轴承相配合的外壳孔和轴的精度应当与滚动轴承的精度相匹配。

（3）过盈、过渡和较紧的间隙配合，精度等级不能太低。一般孔的公差等级应不低于IT8级，轴的不低于IT7级。这是因为公差等级过低，使过盈配合的最大过盈过大，材料容易受到损坏；使过渡配合不能保证相配的孔、轴既装卸方便又能实现定心的要求；使间隙配合产生较大的间隙，不能满足较紧配合的要求。
（4）在非配合制的配合中，当配合精度要求不高，为降低成本，允许相配合零件的公差等级相差2～3级，如图所示的箱体孔与端盖的配合
表4- 4 按工艺等价性选择轴的公差等级
要求配合
条件：孔的公差等级
轴应选的公差等级
实例

间隙配合
过渡配合

过盈配合

<=IT8
>IT8

<=IT7
>IT7

轴比孔高一级
轴与孔同级

轴比孔高一级
轴与孔同级

H7/f6
H9/d9

H7/t6
H9/t9

三．配合的选择
1．各类配合选择的大体方向
选择配合时，应先根据配合的具体要求，参照表4-5从大体方向上确定应选的配合类别。即从宏观的角度初定配合大类。
表4- 5 配合选择的大体方向

无相对运动

需传递力矩
精确定心
不可拆卸
过 盈 配 合
可拆卸
过渡配合或基本偏差为H（h）的间隙配合加键、销紧固件
不需精确定心
间隙配合加键、销紧固件
不 需 传 递 力 矩
过渡配合或过盈量较小的过盈配合
有相对运动
缓 慢 转 动 或 移 动
基本偏差为H（h）、G(g)等的间隙配合
转动、移动或复合运动
基本偏差为D~F（d~f）等的间隙配合

2．各种基本偏差的特点及应用

表4-6轴的的基本偏差选用说明

配 合
基本偏差
特 性 应 用

间隙配合
a,b
可得到特别大的间隙，应用很少
c
可得到很大的间隙，一般用于缓慢、松驰的动配合，用于工作条件较差（如农业机械），受力变形，或为了便于装配，而必须保证有较大的间隙时。推荐配合为H11/c11，其较高等级的配合H8/c7，适用于轴在高温工作的紧密配合，例如内燃机排气阀和导管。
d
一般用于IT7~IT11级,适用于松的转动配合,如密封盖、滑轮、空转皮带轮等与轴的配合，也适应于大直径滑动轴承配合，如透平机、球磨机和重型弯曲机，以及其它重型机械中的一些滑动轴承。
e
多用于IT7~IT9级，通常用于要求有明显间隙，易于转动的轴承配合，如大跨度轴承，多支点轴承等配合。高等级的轴适用于大的、高速、重载支承，如涡轮发电机、大型电动机及内燃机主要轴承，凸轮轴轴承等配合。
f
多用于IT6~IT8级的一般转动配合，当温度影响不大时，被广泛用于普通润滑油或润滑脂润滑的轴承，如齿轮箱、小电动机、泵等的转轴与滑动轴承的配合。
g
配合间隙很小，制造成本很高，除很轻负荷的精密装置外，不推荐用于转动配合，多用于IT5~IT7级，最适合不转的精密滑动配合，也用于插销等定位配合，如精密连杆轴承，活塞，连杆销等。
h
多用于IT4~IT11级，被广泛用于无相对转动的零件，作为一般的定位配合，若没有温度变形影响，也用于精密滑动配合。

过渡配合
js
偏差完全对称，平均间隙小的配合，适用于IT4~IT7级，一般用木锤装配，要求间隙比h轴小，并允许有过盈的定位配合。
k
平均间隙接近于零的配合，适用于IT4~IT7级，推荐用于稍有过盈的定位配合。一般用木锤装配。
m
平均过盈较少的配合，适用于IT4~IT7级，一般用木锤装配，但在最大过盈时，要求相当大的压入力。
n
平均过盈比m轴要大，很少得到间隙，适用于IT4~IT7级，用锤或压入机装配，推荐用于紧密的组件配合。H6/n5为过盈配合。
过盈配合
p
与H6或H7配合时是过盈配合，与H8也配合时为过渡配合。对非铁类零件，为较轻的压入配合，当需要时容易拆卸。对钢、铸铁或钢、钢组件装配时标准压入配合
r
对铁类零件为中等打入配合。对非铁类零件，为轻打入的配合，当需要时可以拆卸。与H8孔配合，直径在100mm以上时为过盈配合，直径小时为过渡配合。

3．各类配合的选择
1)间隙配合的选择
（1）各种间隙配合的间隙程度
a～h(或A～H)11种基本偏差与基准孔(或基准轴)形成间隙配合，萁中，a(或A)形成的配合间隙最大，间隙依次减小，由h(或H)形成的配合间隙最小，该配合的最小间隙为零，见表4—7。

表4-7各种间隙配合的间隙程度与摩擦类型
基本偏差代号
a,b(A,B)
c(C)
d(D)
e(E)
f(F)
g(G)
h(H)
间隙程度
摩擦类型
特大间隙 很大间隙
紊流液体摩擦
大间隙 中等间隙 小间隙 较小间隙
层流液体摩擦
很小间隙
半液体摩擦
注：1、f(F)、g(G)、h(H)可用于要求不高的定心场合；
2、g(G)、h(H)也可用于需要拆卸的静连接场合。
2）按相对运动的不同情况选择间隙配合的基本偏差
间隙配合多用于孔与轴的相对运动，孔与轴的相对运动要保持持久的工作，必须在配合面间加入润滑油，使配合面间形成油膜，以减少摩擦。所以其选用条件，要看运动的速度、承受载荷、定心要求和润滑要求。相对运动速度高．工作温度高，则间隙应选大一些，相对运动速度低，如一般只作低速的相对运动，则间隙可选小一些。问隙配合的基本偏差可参照表4-8进行选择。
表4-8按相对运动不同情况选择间隙配合
相对运动情况
无定心要求的慢速转动
高速转动
中速转动
精密低速转动或移动（或不移动）
选择基本偏差
c(C)
d(D)或e(E)
f(F)
g(G) h(H)

（3）修正间隙配合
根据不同的具体工作情况对所选择的间隙配合进行修正(参见表4一9)

表4-9 不同工作情况对进择间隙配合的影响
具体情况
过盈的增或减
工作时温度 孔高于轴时
轴高于孔时
表面粗糙度较粗时
润滑油粘度较大时
定心精度较低时
两支承距离较大或多支承时
支承间同轴度误差大时
生产类型 单件小批量生产时
大批量生产时
减小
增大
减小
增大
增大
增大
增大
增大
减小

2）过盈配合的选择
（1）根据传递扭矩的大小、是否加紧固件与拆卸困难程度等综合因素选择过盈配合，过盈配合的轴孔表面因过盈而产生弹性变形结合力，可以传递扭矩和轴向力。无紧同件的过盈配合，其最小过盈量产生的结合力应保证能传递所需的扭矩和轴向力；而最大过盈量产生的内应力不许超出材料的屈服强度。这就要求过盈量变化不能过太，所以过盈配合公差等级应较高(≤1T7)。当传递的载荷增加，过盈量也应增加，如果过盈量受封限制不能增加时(有两种可能，一是装配或拆卸需要；二是受零件材料强度和结构限制)，这时只能选用允许的小过盈配合加紧固件。过盈配合的基本偏差的选择可参见表4—10.

表4-10各种过盈配合基本偏差的比较与选择
过盈程度
选择根据
较小与小的过盈

中等与大的过盈

很大过盈

特大过盈
传递扭矩的大小
加紧固件传递一定的扭矩与轴向力，属轻型过盈配合，不加紧固件可用于准确定心仅传递小扭矩需轴向定位部位。
不加紧固件可用于传递较小扭矩和轴向力（属中型）。
不加紧固件可用于传递较大扭矩和动载荷（属重型）。
需传递较大扭矩和动载荷（属特重型）。
装卸情况
用于需要拆卸时，装入时使用压力机
用于很少拆卸时
用于不需要拆卸时
用于不需要拆卸时
应选择的基本偏差
P（p），R（r）
S（s）, T（t）
U（u）, V（v）
X（x）, Y（y）, Z（z）
一般不推荐，选用时需要经试验后才可使用。
注：P（p），R（r）在特殊情况下可能为过渡配合。
（2）修正过盈配合
根据不同的工作情况对所选择的过盈配合进行修正（表4-11）

表4-11 对选择的过盈配合进行修正
具体情况
过盈的增或减
材料强度小时
经常拆卸
有冲击载荷

工作时温度 孔高于轴时
轴高于孔时
配合长度较大时
配合面形位误差较大时
装配时可能歪斜
转速较高时
表面粗糙度较粗时
减
减
增

增
减
减
减
减
增
增

3）．过渡配合的选择
根据定心要求与拆卸情况选择过渡配合。
过渡配合多用于作为定位配合和定心配合。选用主要考虑定心对中要求和保证装拆、调整的方便程度，以及载荷的性质和大小。对于定位配合，要保证不松动，如需要传递扭矩，则还需加键、销等紧固件，因为配合中的过盈只是保证连接的对中性。过渡配合基本偏差的选择参看表4-12。

表4-12 各种过盈配合基本偏差的盈隙比较与选择
盈隙情况
过盈率很小
稍有平均间隙
过盈率很小平均间隙接近为零
过盈率较大平均过盈较小
过盈率大平均过盈稍大
定心要求
要求较好定心时
要求定心精度较高时
要求精密定心时
要求更精密定心时
装配与拆卸情况
木锤装配
拆卸方便
木锤装配
拆卸比较方便
最大过盈时需要相当的压入力
可拆卸
用锤或压力机装配
拆卸较困难
应选择的基本偏差
Js(JS)
k(K)
m(M)
n(N)
注：1、一般定心时，可选间隙配合中的h(H)或定心精度不高时可选间隙配合中的g(G);
2、承受重负荷或冲击、振动大时，应选较紧配合。
四、公差配合选择综合实例
（一）已知使用要求，用计算法确定配合
例4-1：有一孔、轴配合的基本尺寸为Ф30mm，要求配合间隙在+0.020～+0.055mm之间,试确定孔和轴的精度等级和配合种类。
解：1）选择基准制 本例无特殊要求，选用基孔制。孔的基本偏差代号为H，EI=0。
2）确定公差等级 根据使用要求，其配合公差为：
T f =X max-X min =TD + Td =+0.055-（+0.020）=0.035μm
假设孔、轴同级配合，则：
TD=T d =T f/2=17.5μm
从附表查得：孔和轴公差等级介于IT6和IT7之间。
根据工艺等价原则，在IT6和IT7的公差等级范围内 ，孔应比轴低一个公差等级
故选 孔为IT7，TD=21μm，轴为IT6，T d=13μm
配合公差 T f = TD + T d=IT7+IT6 = 0.021+0.013 =0.034＜0.035mm
满足使用要求
3）选择配合种类 根据使用要求，本例为间隙配合。采用基孔制配合，孔的基本偏差代号为H7，孔的极限偏差为ES=EI+ TD =0+0.021=+0.021mm。孔的公差代号为Ф30H7（+0.021 0）。
根据X min =EI-es ，得 es=-X min =-0.020mm，而es为轴的基本偏差，从附表中查得轴的基本偏差代号为f，即轴的公差带为f6。ei=es-IT=-0.020-(+0.013)=-0.033mm，轴的公差带代号为Ф30f6（-0.020 -0.033）。
选择的配合为：Ф30H7/f6
4）验算设计结果
Xmax =ES-ei=+0.021-（-0.033）=+0.054mm
X min =EI-es=0-(-0.020)=+0.020mm
Ф30H7/f6的X max =+54μm，X min =+20μm，它们分别小于要求的最大间隙（+55μm）和等于要求的最小间隙（+20μm），因此设计结果满足使用要求，本例选定的配合为Ф30H7/f6。
（二）典型配合的选择实例
例4-2 如图4-4所示圆锥齿轮减速器，已知传递的功率P=10kw，中速轴转速n=750r/min，稍有冲击，在中、小型工厂小批生产。试选择：1）联轴器1和输入端轴颈2；2）皮带轮8和输出端轴颈；3）小锥齿轮10内孔和轴颈；4）套杯4外径和箱体6座孔，以上四处配合的公差等级和配合。

图 4-4 例4-2图
解：以上四处配合，无特殊要求，优先采用基孔制。
1）联轴器1是用铰制螺孔和精制螺栓连接的固定式刚性联轴器。为防止偏斜引起附加载荷，要求对中性好，联轴器是中速轴上重要配合件，无轴向附加定位装置，结构上采用紧固件，故选用过渡配合Ф40H7／m6。
2）皮带轮8和输出轴轴颈配合和上述配合比较，定心精度因是挠性件传动，故要求不高，且又有轴向定位件，为便于装卸可选用：H8／h7（h8、jS7、js8），本例选用50H8／h8。
3）小锥齿轮10内孔和轴颈．是影响齿轮传动的重要配合，内孔公差等级由齿轮精度决定，一般减速器齿轮为8级，故基准孔为IT7。传递负载的齿轮和轴的配合，为保证齿轮的工作精度和啮合性能，要求准确对中，一般选用过渡配合加紧固件，可供选用的配合有H7／js6（k6、m6、n6，甚至p6、r6），至于采用那种配合，主要考虑装卸要求，载荷大小，有无冲击振动，转速高低、批量等。此处为中速、中载，稍有冲击，小批生产．故选用Ф45H7／k6。
4）套杯4外径和箱体孔配合是影响齿轮传动性能的重要部位，要求准确定心。但考虑到为调整锥齿轮间隙而有轴向移动的要求，为便于调整，故选用最小间隙为零的间隙定位配合Ф130H7/h6。
例4-3 图4-5是卧式车床主轴箱中Ⅰ轴的局部结构示意图，轴上装有同一基本尺寸的滚动轴承内圈、挡圈和齿轮。根据标准件滚动轴承要求，轴的公差带确定为Ф30k6。分析挡圈孔和轴配合的合理性。

+0.072 +0.059
F9 G9 +0.052
+0.020 H9 +0.015
+ k6 +0.002
0
- 轴承内径公差带
Ф30
图 4-5 例4-3图
解：挡圈的作用是通过轴承盖及其紧固螺钉使滚动轴承和齿轮不产生轴向窜动，要求挡圈两端面平行，而对尺寸的精度要求不高，为了装配方便，挡圈孔和轴的配合要求为间隙配合。
挡圈和轴之间无相对运动，挡圈尺寸对运动精度无影响，为了好加工，其孔的公差等级确定为IT9。要使挡圈孔和轴的配合为间隙配合，有两种办法：一是挡圈孔做大；二是将轴做成基本尺寸相同而极限偏差不同的阶梯轴，使与挡圈孔配合处的轴做小。显然，后一种方法，轴的加工困难，挡圈装配也不方便。
为此，应使挡圈孔的公差带向基准孔公差带Ф30H9的上方移动。经过公差带Ф30G9和Ф30F9的试选，由图4-5中下图可以看出，采用公差带Ф30F9较为合适。此时，挡圈孔和轴的配合为间隙配合，即Ф30F9/k6。