配制配合公差在零件尺寸公差的運(yùn)用

高景玉

（廣東省輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣東 廣州 510310）

配制配合是在“配做”的基礎(chǔ)上進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化后的一種工藝措施，它把設(shè)計(jì)、工藝及生產(chǎn)人員對(duì)“配做”配合的理解統(tǒng)一在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中。由于不同人員對(duì)配合的理解不同，而使具有相同要求的配合件的配合量相差很大，這就無(wú)法保證配合件的質(zhì)量，同時(shí)給生產(chǎn)和管理也帶來(lái)不利。配制配合是以一個(gè)零件的實(shí)際尺寸來(lái)配制，與之配合的零件配制偏差是以先加工完的工件的實(shí)際尺寸作為起始尺寸來(lái)確定。因此，研究配制配合中配合公差的計(jì)算方法和實(shí)際尺寸測(cè)量誤差對(duì)配合公差的影響以及減小這些影響等是具有十分重要的意義的。

1 實(shí)際尺寸的測(cè)量誤差

指導(dǎo)性技術(shù)條件JB/Z144-179“配制配合”中明確指出,配制配合的適用范圍為尺寸大于500mm的配合零件,與尺寸小于等于500mm的常用尺寸段相比,它的公差與配合存在下列特點(diǎn):

1.1 標(biāo)準(zhǔn)公差

在“公差與配合”國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中,大尺寸的公差單位為：

常用尺寸段的公差單位為:

兩者相比,隨基本尺寸的增加,大尺寸段的公差單位呈直線關(guān)系式增加,速度遠(yuǎn)大于呈冪函數(shù)增加的常用尺寸段。這主要是由于大尺寸工件制造時(shí)隨著基本尺寸的加大,構(gòu)成公差單位的主要誤差將由加工誤差轉(zhuǎn)向測(cè)量誤差、溫度誤差以及形位誤差等的綜合。

1.2 溫度誤差

基本尺寸小于等于500mm時(shí),由溫度引起的尺寸變化所產(chǎn)生的誤差,在工件公差中只占一個(gè)很小的比例,可以忽略不計(jì)。當(dāng)基本尺寸大于500mm至3150mm時(shí),溫度的影響是一個(gè)重要因素。例如,一個(gè)基本尺寸為3000mm,公差為IT6的鋼制工件,當(dāng)溫度變化5℃時(shí)引起的尺寸變化將會(huì)達(dá)到公差值的140%。

1.3 測(cè)量誤差

在大尺寸零件生產(chǎn)中,對(duì)在車間條件下實(shí)用的、高精度的測(cè)量器具的研究以及對(duì)大尺寸的測(cè)量誤差及其規(guī)律的研究目前不只是處于探索階段。

在20世紀(jì)60年代,英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室(NPL)曾對(duì)大尺寸的測(cè)量精度進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)研究,得到的主要結(jié)論如下:

①大尺寸的工業(yè)測(cè)量值大多傾向小于實(shí)際尺寸；

②大尺寸的外徑測(cè)量比內(nèi)孔測(cè)量的測(cè)量誤差更大；

③在測(cè)量裝置、測(cè)量基準(zhǔn)、測(cè)量技術(shù)和溫度條件等諸因素中,測(cè)量基準(zhǔn)是很重要的。如果能對(duì)測(cè)量基準(zhǔn)和測(cè)量技術(shù)略作改進(jìn)并注意測(cè)量器具的合理支承,盡量注意比較測(cè)量和注意測(cè)量線與被測(cè)尺寸線的“找正”,將會(huì)大大提高測(cè)量精度；

④溫度誤差主要來(lái)源于被測(cè)工件與測(cè)量器具的溫度差異,而非溫度的波動(dòng)。

英國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)“極限與配合”(BS1916-1963)引用了NPL的工作成果,給出了在現(xiàn)代化的制造車間中,一般正常情況下測(cè)量的極限誤差:

①絕對(duì)測(cè)量的精度不優(yōu)于±30μm/m；

②如果在測(cè)量時(shí)具有特殊設(shè)備和經(jīng)驗(yàn),則絕對(duì)測(cè)量精度不優(yōu)于±15μm/m；

③用比較法測(cè)量的精度不優(yōu)于±15μm/m；

④±10μm/m 可能是實(shí)際的極限。

2 配制配合中的配合公差

2.1 配制配合原則

①根據(jù)配合件的使用要求,按互換性生產(chǎn)選取配合,配制的結(jié)果應(yīng)滿足其配合公差的要求；

②一般選取較難加工、但能得到較高測(cè)量精度的那個(gè)零件作先加工件 (在多數(shù)情況下是孔),并給它一個(gè)比較容易達(dá)到的制造公差；

③ 配制件 (多數(shù)情況下為軸)的公差按配合公差來(lái)選,它的偏差和極限尺寸都以先加工件的實(shí)際尺寸為基數(shù)來(lái)確定；

④ 將先加工件的實(shí)際尺寸和配制件制造公差數(shù)值存檔備查。

2.2 配合公差的計(jì)算

配制配合的公差設(shè)計(jì)實(shí)際上是一個(gè)公差轉(zhuǎn)移的過(guò)程,即將先加工件的制造公差轉(zhuǎn)移給配制件。當(dāng)先加工件的實(shí)際尺寸沒(méi)有測(cè)量誤差時(shí),配合公差Tf就等于配制件的公差Ts,即:

此時(shí)可以把先加工件看作為:

其中:Th、Ts分別為先加工件孔和配制件軸的公差；

ES、EI分別為先加工件孔的上下偏差。

在這種情況下可以實(shí)現(xiàn)制造公差的轉(zhuǎn)移。

由于先加工件的實(shí)際尺寸是通過(guò)測(cè)量得到的,它必然會(huì)存在測(cè)量誤差ZU；,此時(shí)的配合公差為:

在這種情況下制造公差的轉(zhuǎn)移是不完全的,并且可以把誤差看作是先加工件實(shí)際尺寸的制造公差。

下面將舉例說(shuō)明配制配合公差的計(jì)算方法。

例:基本尺寸為φ3000mm的孔軸配合。根據(jù)設(shè)計(jì)要求它的最大間隙Xmax=+0.960mm,最小間隙Xmin=+0.290mm。今采用配制配合生產(chǎn)方式,試求它的配合公差Tf。

選孔為先加工件。按“公差與配合”國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選出適當(dāng)?shù)呐浜蠟?φ3000mmH8/e8MF,此時(shí)Xmax=+0.950mm,Xmin=+0.290mm,Tf=Xmax-Xmin=0.950-0.290=0.660mm。

這個(gè)配合能滿足設(shè)計(jì)要求。它的公差帶圖和配合公差帶如圖1所示。圖中①為設(shè)計(jì)要求的配合公差,②為從國(guó)標(biāo)選用的配合公差。

確定先加工件為孔,并且按φ3000H12制造。制造時(shí)應(yīng)保持圖樣上規(guī)定的形位公差和表面粗糙度要求,不能因?yàn)椴捎门渲婆浜隙兴档?。測(cè)得它的實(shí)際尺寸La=φ3000.667mm；

因?yàn)楸九渲婆浜鲜情g隙配合,所以配制配合件軸的基本偏差為上偏差,即es=-Xmin=-0.290mm,當(dāng)測(cè)出先加工件的實(shí)際尺寸La作為配制配合的基本尺寸后,在不考慮測(cè)量誤差的情況下就可以把先加工件看作是一個(gè)沒(méi)有制造公差的理想尺寸,即在這種情況下,配制配合的配合公差已全部轉(zhuǎn)移給了配制件,所以在配制配合中,配制件的制造公差就是配合公差,即:

它的下偏差為:

ei=es-Tf=-0.290-0.66=-0.950mm然后按基本尺寸e=φ3000mm,上偏差es=-0.290mm和下偏差ei=-0.950mm,從“公差與配合”國(guó)標(biāo)中找出與它相近的配制件軸的公差帶為e9,則在配制件圖樣上,尺寸標(biāo)注為φ3000e9MF或此時(shí)的配合公差Tf=es-ei=-0.290-(-0.830)=0.540mm。

2.3 對(duì)配合件配合性質(zhì)的影響

配合公差變小，配合精度會(huì)提高，配合件制造公差隨之變小，制造精度提高，成本加大；配合公差變大，配合精度會(huì)降低，配合件制造公差隨之變大，制造精度降低，成本減少。如果配合公差大于了保證配合性質(zhì)所給出的數(shù)值，就不能滿足配合要求了。

在上例中，設(shè)先加工件孔的實(shí)際尺寸La的測(cè)量誤差ZU=±0.09mm,此時(shí)配合件的極限間隙和配合公差為(圖2):

配合件的公差帶及由測(cè)量誤差引起的極限尺寸變化范圍見(jiàn)圖2。配合公差帶及由由測(cè)量誤差引起的配合公差帶的變化范圍見(jiàn)圖2。

由此可見(jiàn),由于實(shí)際尺寸La測(cè)量誤差的存在,將引起配合公差Tf和極限間隙的變化,而且變化的幅度較大,本例中在極限情況下變化量高達(dá)33.3%。

3 保證配制配合的配合性質(zhì)的方法

配制件軸是按“檢驗(yàn)國(guó)標(biāo)”驗(yàn)收的,因此它的制造公差是保證公差,超出的概率小于先加工件孔的實(shí)際尺寸的測(cè)量誤差的存在,相當(dāng)于使原孔軸配合的配合公差擴(kuò)大了。為了保證原配合性質(zhì),原則上可以采取以下幾種方法:

①減小實(shí)際尺寸的測(cè)量誤差 (包括溫度引起的測(cè)量誤差)；②嚴(yán)格控制幾何形狀誤差和表面粗糙度；③減小原給定的配合公差；④在設(shè)計(jì)時(shí)明確要求配合件遵守包容原則和最大實(shí)體原則；⑤用量規(guī)或虛擬量規(guī)(回轉(zhuǎn)測(cè)量法或兩點(diǎn)法+形狀誤差測(cè)量方法)驗(yàn)收工件；⑥在制造配制件軸時(shí),加大它的安全裕度,也就是內(nèi)縮配制件制造公差的方法來(lái)補(bǔ)償由于先加工件孔的測(cè)量誤差帶來(lái)的超出原給定配合公差的可能性。

4 結(jié)語(yǔ)

在配制配合中,先加工件實(shí)際尺寸的測(cè)量誤差會(huì)引起配合公差的改變，對(duì)配合件中配合性質(zhì)的影響也比較大。由于采用配制配合的工件尺寸大、重量重、成本高,所以一般情況下不能輕易報(bào)廢,因此深入研究配制配合中零件的尺寸公差確定及保證配制配合的配合性質(zhì)的理論和方法具有十分重要的意義。

[1]吳波.機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)中的零件尺寸公差[J].機(jī)械設(shè)計(jì)，1990-08-29.