极限与配合的选用

第3章机械精度设计基础标准的应用3.2极限与配合的应用零件几何的精度设计几何精度基础标准的应用主要是解决零件几何精度的设计，它是机械设计与制造中至关重要的一环，极限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。极限与配合的选用包括：基准制的选用公差等级的选用配合种类的选用3.2.1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，配合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。基轴制的选用场合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。结构上的需要，例如活塞销与活塞及连杆衬套的配合。活塞销的两端与活塞的配合要求为过渡配合，活塞销与连杆小头衬套孔的配合要求为间隙配合，实现上述两种配合可以按基孔制，也可按基轴制，但考虑工艺的经济性和结构的合理性，显然采用基轴制较为有利例如活塞销与活塞及连杆衬套的配合基轴制的应用采用标准件时。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。非基准制的应用在实际生产中，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。非基准制的应用3.2.2公差等级的选择原则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。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。采用计算法选择公差等级的依据是：[例3—1]有一对滑动轴承，它们的基本尺寸为φ30mm，根据使用要求应保证：Xmin≥+0.020mm，Xmax≤+0.080mm，试确定此机构中孔、轴的公差等级。解：配合公差Tf=│Xmax-Xmin│=│0.080–0.020│=0.060mm。由表2-2查得：当d18-30mm时，IT7=0.021mm，IT8=0.033mm。由此，可选孔为8级，轴为7级，它们的配合公差Tf=0.033+0.021=0.0540.060mmfhsTTT公差与成本的关系公差等级与应用情况之间的关系公差等级与加工方法之间的关系公差等级与加工方法之间的关系配合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。（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。采用类比法选择公差等级时应考虑的问题（续）（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。配合种类的选择配合种类的选择主要就是根据零件的功能要求，确定配合的类型及非配合制的基本偏差代号。选择的基本方法还是类比法、计算法和试验法三种。类比法是选择配合种类的主要方法。应用类比法选择时，要考虑以下因素：配合件的使用要求和工作情况各种基本偏差形成配合的特点配合件的生产情况配合件的工作情况对孔、轴配合的使用要求，一般有三种情况：装配后有相对运动的，应选用间隙配合；装配后需传递载荷的，应选用过盈配合；装配后有定位精度要求，或需要拆卸的，应选用过渡配合或小间隙或小过盈的配合。(1)对间隙配合，间隙的大小与运动速度、运动精度、载荷大小及特性，润滑方式及润滑油粘度、工作温度、轴承结构及孔、轴材料特性，有关零件的几何精度等许多因素有关。(2)对过渡配合，主要考虑定位导向的要求及调整、装拆的频繁程度，同时对承受载荷的过渡配合，还要考虑载荷性质和大小，以及是否使用辅助紧固件等因素。(3)对过盈配合，首先要考虑承受载荷的性质和大小，结合件的材料强度，以及装配方法等。配合件的工作情况选择配合的类型时，应考虑配合件间有无相对运动、定心精度高低、配合件受力情况、装配情况等。配合类型的选择可依据下表来对比选择。各种基本偏差形成配合的特点间隙配合有A～H（a～h）共十一种，其特点是利用间隙贮存润滑油及补偿温度变形、安装误差、弹性变形等所引起的误差。生产中应用广泛，不仅用于运动配合，加紧固件后也可用于传递力矩。不同基本偏差代号与基准孔（或基准轴）分别形成不同间隙的配合。主要依据变形、误差需要补偿间隙的大小、相对运动速度、是否要求定心或拆卸来选定。过渡配合有JS～N（js～n）四种基本偏差，其主要特点是定心精度高且可拆卸。也可加键、销紧固件后用于传递力矩，主要根据机构受力情况、定心精度和要求装拆次数来考虑基本偏差的选择。定心要求高、受冲击负荷、不常拆卸的，可选较紧的基本偏差，如N（n），反之应选较松的配合，如：K（k）或JS（js）。各种基本偏差形成配合的特点（续）过盈配合有P～ZC（p～zc）13种基本偏差，其特点是由于有过盈，装配后孔的尺寸被胀大而轴的尺寸被压小，产生弹性变形，在结合面上产生一定的正压力和摩擦力，用以传递力矩和紧固零件。选择过盈配合时，如不加键、销等紧固件，则最小过盈应能保证传递所需的力矩，最大过盈应不使材料破坏，故配合公差不能太大，所以公差等级一般为IT5～IT7。基本偏差根据最小过盈量及结合件的标准来选取。轴的基本偏差在具体选用，尽量选用优先配合。尺寸至500mm基孔制常用和优先配合轴的特性及应用配合件的生产情况按大批大量生产时，加工后所得的尺寸通常呈正态分布；而单件小批量生产时，加工所得的孔的尺寸多偏向最小极限尺寸，轴的尺寸多偏向最大极限尺寸，即呈偏态分布。所以，对于同一使用要求，单件小批生产时采用的配合应比大批大量生产时要松一些。如大批量生产时的φ50H7/js6的要求，在单件小批生产时应选择φ50H7/h6。同样，受其它工作条件的影响，配合的间隙或过盈也应随之变化。配合件的生产情况举例:有一孔、轴配合，基本尺寸为φ90mm，要求过盈在-0.015至-0.075mm之间，试确定基轴制时孔、轴的公差带和配合代号。解：首先确定孔、轴的标准公差等级Tf=│Ymax-Ymin│=0.060mm查表得：孔、轴的标准公差等级分别是：=IT7=0.035mm，=IT6=0.022mm。因为已采用基轴制，公差带代号为h6,所以轴的基本偏差为上偏差:es=0ei=-0.022mm根据基轴制，由题意要求过盈配合可知，孔的基本偏差为上偏差。孔的基本偏差与以下三式有关：ES–ei≤［Ymin］=-0.015EI–es≥［Ymax］=-0.075=ES–EI联立上述三式解得-0.053≤ES≤-0.037查表,取孔的基本偏差代号为R，公差带代号为R7孔的基本偏差为上偏差:ES=-0.038mm,EI=ES-=-0.073mm最后结果为φ90R7/h6。hTsThT工作温度对配合选用的影响考虑到材料、工作温度。当相配件的材料不同（线性膨胀系数相差较大）且工作温度与标准温度+20℃相差较大时，要考虑热变形的影响。必要时，按下式进行修正计算。式中：--实际工作需要的间隙或过盈--装配间隙或过盈--孔、轴的材料线性膨胀系数--孔、轴的工作温度与标准温度+20℃之差--配合的基本尺寸hhssXYXYDtt装配装配工作工作（）＝（）－（-)XY工作工作（）XY装配装配（）hs、hstt、D