3.3　极限与配合的选择与应用

尺寸公差与配合的选用是机械设计和制造的一个很重要的环节，公差与配合选择得是否合适，直接影响到机器的使用性能、寿命、互换性和经济性。公差与配合的选用主要包括：配合制的选用、公差等级的选用和配合种类的选用。

3.3.1　配合制的选用

设计时，为了减少定值刀具和量具的规格和种类，应该优先选用基孔制。

虽然基孔制和基轴制可以得到相同的配合性质，使用起来并无区别，但是从工艺角度考虑，用钻头、铰刀等定值刀具加工中等精度的孔时，每一把刀具只能加工出某一尺寸，而同一把车刀或一个砂轮可以加工大小不同的轴，故改变轴的极限尺寸比较容易，采用基孔制更有经济优势。对于尺寸较大、精度较低的孔，虽然一般不使用定值刀具和量具，但为了统一和习惯，也选择基孔制。

然而下列情况应选用基轴制配合：

（1）在农业机械、纺织机械、建筑机械中经常使用具有一定公差等级的冷拉钢材直接做轴，采用基轴制可避免冷拉钢材的尺寸规格过多。

（2）加工尺寸小于1mm的精密轴比同级孔困难，因此在仪器制造、钟表生产、无线电工程中，常使用经过光轧成形的钢丝直接做轴，采用基轴制更经济。

（3）在同一轴与公称尺寸相同的几个孔相配合，且配合性质不同的情况下，可考虑基轴制。比如，内燃机中活塞销与活塞孔和连杆套筒的配合，如图3-16（a）所示，根据使用要求，活塞销与活塞孔的配合为过渡配合，活塞销与连杆套筒的配合为间隙配合。

如果选用基孔制配合，三处配合分别为H6/m5、H6/h5和H6/m5，公差带如图3-16（b）所示；如果选用基轴制配合，三处配合分别为M6/h5、H6/h5和M6/h5，公差带如图3-16（c）所示。选用基孔制时，必须把轴做成台阶形式才能满足各部分的配合要求，而且不利于加工和装配；如果选用基轴制，就可把轴做成光轴，非常方便。

（4）与标准件配合的孔或轴，必须以标准件为基准件来选择配合制。如滚动轴承内圈和轴颈的配合必须采用基孔制，见图3-17中的ф55j6；外圈和壳体的配合必须采用基轴制，见图3-17中的ф100J7。

此外，在一些经常拆卸和精度要求不高的特殊场合可以采用非基准制。比如滚动轴承端盖凸缘与箱体孔的配合，见图3-17中的ф100J7/e9；轴上用来轴向定位的隔套与轴的配合，见图3-17中的ф55G9/j6，采用的都是非基准制。

3.3.2　公差等级的选用

公差等级的选用有一个基本原则，就是在能够满足使用要求的前提下，尽量选择低的公差等级。精度越高，成本越高，在低精度区，如图3-18的B点右侧，提高精度增加的成本较少；而在高精度区，如图3-18的A点左侧，精度稍有提高，成本和废品率就会急剧增加。因此，选用高精度时需要格外谨慎。

公差等级的选用通常使用类比法，除遵循上述原则外，还应考虑以下问题。

（1）工艺等价性　令孔和轴的加工难度基本相同。公称尺寸≤500mm且标准公差≤IT8的孔比同级的轴加工困难，国家标准推荐孔与比它高一级的轴配合，而公称尺寸≤500mm且标准公差>IT8的孔以及公称尺寸>500mm的孔，精度容易保证，国家标准推荐孔、轴采用同级配合。对≤3mm的公称尺寸，由于工艺多样性，孔的公差等级可能高于、等于或低于轴。

（2）工艺可能性　选用公差等级还要考虑本厂的加工设备、生产条件等情况，各种加工方法可达到的公差等级，见表3-12。

（3）公差等级的应用范围　具体的公差等级的选择，可参考表3-13。

（4）配合类型　过渡配合和过盈配合对间隙或过盈的变化比较敏感，公差等级不宜太大，一般孔≤IT8，轴≤IT7。对间隙配合，间隙小的公差等级应较小，间隙大的公差等级可较大。

（5）精度匹配　相配合的零部件精度要匹配，例如，齿轮孔与轴的配合，它们的公差等级决定于相关件齿轮的精度等级，与标准件滚动轴承相配合的外壳孔和轴颈的公差等级决定于相配合件滚动轴承的公差等级。零件要求不高时，可与相配零件的公差等级相差2～3级。

3.3.3　配合的选择

配合的选择主要是根据使用要求确定配合种类和配合代号。

（1）确定配合种类　当相配合的孔、轴间有相对运动时，选择间隙配合；当相配合的孔、轴间无相对运动，不经常拆卸，而需要传递一定的转矩时，选择过盈配合；当相配合的孔、轴间无相对运动，而需要经常拆卸时，选择过渡配合。

（2）非基准件基本偏差代号的选择　通常有三种方法，分别是计算法、试验法和类比法。

计算法是根据一定的理论和公式，经过计算得出所需的间隙或过盈，计算结果是近似值，实际中还需要经过试验来确定；试验法用于对产品性能影响很大的配合，要进行大量试验来确定最佳的间隙或过盈，成本比较高；类比法则参照类似的经过生产实践验证的机械，分析零件的工作条件及使用要求，以它们为样本来选择配合种类，是机械设计中最常用的方法。使用类比法设计时，各种基本偏差的选择可参考表3-14来进行。

选用时应首先考虑优先公差带及优先配合，其次考虑常用公差带和常用配合，最后是其他公差带。优先配合的选用说明见表3-15。

此外，选择配合时还应该考虑工作情况的影响，见表3-16。

例3-7　已知某配合公称尺寸ф40mm，允许其间隙和过盈在+0.024～-0.02mm范围内变动，试确定孔轴公差带，并画出公差带图。

解：（1）选择配合制

无特殊要求，选择基孔制，EI=0。

（2）选择公差等级

配合公差许用值　

查表3-2可知，IT6=16μm，IT7=25μm，由于孔的精度通常低一级，可尝试取孔为IT7，轴为IT6，此时

Tf=IT6+IT7=41μm，满足许用值且最大。

（3）确定孔轴公差带代号

综上，孔为

最大间隙Xmax=+0.025-ei≤+0.024mm，即ei≥1μm

查表3-4，取轴的基本偏差代号为k，则其公差带为。

（4）验算

Xmax=ES-ei=0.025-0.002=0.023

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

最大间隙和最大过盈都在给定范围内，设计结果满足要求。公差带图见图3-19。