工程制造中过盈配合与间隙配合的差异

工程配合是创建功能良好的机械组件时需要考虑的重要因素，设计工程师必须了解不同类型的工程配合之间的细微差别。本文将详细解释间隙配合与过盈配合，以明确它们之间的区别。

什么是过盈配合？

过盈配合，也称为干涉配合，是一种工程配合类型，其中配合的组件通过摩擦力紧密地固定在一起，配合表面之间存在故意的干涉。

让我们以标准轴和轮毂的配合为例来更清楚地说明。当轮毂需要紧密地安装在轴上以限制轴向和旋转运动时，其孔的直径会故意设计得比轴的外径略小，这被称为正干涉或负间隙。

过盈量通过工程图纸传达给制造部门，然后由机械师进行操作。一个实际的例子是轴承在轴上的装配，其中轴的加工对于过盈配合尺寸至关重要。

过盈配合示例

间隙配合和过盈配合设计程序及工程计算的实际例子将有助于区分间隙配合与过盈配合。在确定设计需要过盈配合后，工程师的第一个决定是根据装配的应用选择合适的公差等级和基准系统。

关于基准系统，有孔基准系统或轴基准系统。孔基准系统将孔尺寸作为参考（固定），并建议轴的适当工程公差范围。而轴基准系统则相反。

此外，公差等级取决于配合的紧密程度。下表显示了不同工程配合在孔基准和轴基准下的各种公差等级。

让我们回到之前提到的轴承-轴的例子。下图显示轴承的内圈需要与轴进行干涉配合。在这种情况下，由于轴承尺寸是标准的，因此适用孔基准系统，因为轴的尺寸是可调整的。

现在，假设工程师选择了一种驱动型干涉配合（H7/u6），并假设轴承的外径为25mm，根据ISO 286轴基准公差表，孔的过盈配合公差应为+48/-35μm。

如何计算过盈配合力？

我们可以进一步进行工程计算，以找出装配/拆卸组件所需的力，以及最终装配的夹紧扭矩，这在恶劣的加载条件下是必要的。

配合界面的压力

要计算配合界面的压力，可以使用以下公式：

为了简化计算，我们假设轴承外环和轴均由钢制成，还对其他一些未知尺寸使用了任意值。此外，假设径向干涉量为10μm，这在公差表中的过盈配合公差范围内。

将所有值代入公式，得到压力为11.98 MPa，配合界面完全光滑（当然不可能），则此压力均匀地应用于整个配合界面。因此，此值适用于我们将在下一个计算中使用的Pmax值。

轴向保持力

要计算轴向保持力（装配/拆卸力），可以使用以下公式：

同样，值的解释如下表所示。接触面积是假设轴承宽度为10mm来计算的。

此设置下的轴向保持力为564.6 N。这是制造商在装配/拆卸轴承到轴上时需要参考的力。此外，轴承上的轴向载荷也不应超过此值，以避免内圈移位。

如何实现过盈配合？

正确地装配过盈配合是一项需要技能的操作。由于过盈配合尺寸导致配合部件之间存在干涉，因此它们的装配并不像在螺栓上拧紧螺母那样简单。

一般来说，有两种流行的方法可以实现过盈配合。

• 施加力：将部件定位在彼此前面，其中一个部件固定，另一个部件可移动。在可移动部件上施加之前计算出的装配力，迫使其被压到/压入固定部件上，从而实现过盈配合。这种方法依赖于原始力，并且通常要求其中一个部件具有倒角（通常在其中一个配合角处为10°- 30°，以方便装配）。
• 热膨胀/收缩：另一种方法更适用于非常紧密或精确的过盈配合，即使用热。在这种方法中，要么将轮毂加热到足以使其热膨胀并轻松滑到轴上的温度，要么将轴冷却到足以使其收缩并滑入轮毂的温度。后一种方法也称为收缩配合，一旦装配到位，组件会逐渐恢复到室温。由此产生的热膨胀/收缩会形成过盈配合。

什么是间隙配合？

让我们继续讨论间隙配合与过盈配合的比较。间隙配合的装配组件可以相对于彼此自由移动，这与过盈配合中组件被锁定的情况不同。然而，移动范围仍然受到很大限制。想象一下门铰链，铰链和其销可以自由旋转，但仅在定义的移动范围内。

从机械角度来看，其原理是在配合表面之间留出小的间隙/余量，以便它们可以轻松地相互滑动。间隙的另一个名称是在定义间隙配合公差时的负干涉。

从工程角度来看，间隙配合相对容易评估。由于配合区域没有由于弹性变形而产生的过量摩擦力，因此更容易计算压力和力。

间隙配合示例

间隙配合尺寸可以直接从公差表中选取。我们可以参考之前过盈配合部分中的轴承例子。轴承的外环与外壳之间存在间隙配合。

在这种情况下，由于轴承环尺寸是恒定的，而外壳/轮毂中的孔是可调整的，因此适用轴基准系统。

假设设计工程师决定使用滑动型间隙配合（H7/g6）来正确定位轴承在轮毂内，同时保持运动和装配的便利性。同样，我们从标准表中找出间隙配合公差。

假设轴承外环的公称直径为30mm，根据ISO 286标准，间隙配合公差范围为+21/-0μm。虽然看似是一个很小的值，但它对装配的工作效率和使用寿命产生了巨大影响。

如何实现间隙配合？

与间隙配合计算一样，间隙配合装配也比过盈配合更方便。实现间隙配合的一般方法有：

• 施加力：对于间隙或干涉量很小的间隙配合，传统的施加机械力的方法适用。与过盈配合一样，将部件放入正确位置，并通过适当的机器施加力。
• 手工装配：由于大多数间隙配合没有干涉，因此配合部件只需相互滑动即可，无需任何外部力。在这些情况下，制造商通过手工进行装配。

过盈配合与间隙配合的差异

让我们总结一下整个讨论，并将其归结为几点。间隙配合与过盈配合之间的差异并不多，但它们确实对装配的工作方式产生了不同的影响。

干涉/间隙

这两种工程配合之间的明显区别在于，过盈配合尺寸在配合部件之间产生干涉，而间隙配合尺寸则产生间隙。

另一种说法是，在过盈配合中，孔比轴小，因此需要力来装配它们。而对于间隙配合，孔比轴大，可以轻松滑过轴。

自由度

两者之间的另一个重要区别在于配合部件的运动自由度。在过盈配合中，配合部件相互刚性锁定，防止在任何方向上的任何运动。

而对于间隙配合，部件之间存在相对运动。例如，在活塞-气缸系统中，活塞沿气缸轴线自由移动。然而，间隙配合仍然限制了其他两个横向运动。

机械变形

机械变形也是间隙配合与过盈配合比较中的一个差异点。一般来说，过盈配合中的配合部件在配合表面处会发生物理变形。在大多数情况下，这是弹性变形，但对于非常紧密的配合或具有较差抗蠕变性的塑料材料，也可能发生塑性变形。

相反，间隙配合部件由于间隙配合公差中的正间隙而不会变形。由于滑动作用，表面可能会有一些磨损，但仅此而已。

装配与拆卸

过盈配合的装配和拆卸更具挑战性，因为需要力和热膨胀/收缩。

制造商需要控制更多的参数，如温度、加热/冷却的应用点、力以及材料的冲击耐受性。此外，在装配过程中还有可能损坏装配组件。例如，过高或方向错误的力有时会在装配过程中损坏轴承。

另一方面，间隙配合更容易装配。通常可以通过手工装配，这既快速又容易，且风险较低。

可制造性

过盈配合可能需要更高的制造精度来实现必要的干涉。正如我们在计算部分中所看到的，过盈配合公差对于成功的过盈配合非常重要。过盈配合尺寸的微小变化都可能导致不可持续的压力水平和随后的故障。
间隙配合在制造公差方面提供了更大的灵活性，因此相对更容易实现，而无需极其严格的公差。不过，制造精度仍然是核心要求。整个部件必须处于正确的公差水平，以实现平滑的滑动运动，否则部件可能会锁定、错位或过松。

应用

不同的应用是间隙配合与过盈配合讨论中的一个主要点。正如预期的那样，两者具有截然不同的应用。

过盈配合适用于需要刚性且部件之间几乎没有或没有相对运动的连接。例子包括轴承、衬套和某些结构部件。

间隙配合则更适用于需要易于装配和拆卸或部件之间有一定程度运动的情况。间隙配合的应用包括外壳、铰链、枢轴和活塞-气缸系统。

快速查看：过盈配合与间隙配合差异表

结论

工程配合是设计和制造中最重要的概念之一。本文对间隙配合与过盈配合的讨论揭示了其使用的各个方面，包括工程分析以及比较。显然，选择正确的工程配合并在公差范围内制造对于功能正常的机械装配非常必要。

韦克快速成型是一家ISO 9001认证的制造公司，提供全球定制CNC加工服务。我们的一站式服务和专家团队在处理具有严格公差的精密工程配合项目方面具有丰富经验。立即联系我们，即可开始新项目！

常见问题解答

确定过盈配合和间隙配合尺寸的标准是什么？

ISO 286和ANSI B4.1是用于工程配合公差的最公认的两个标准。

过渡配合是否被视为间隙配合？

过渡配合和间隙配合通常都归入间隙配合类别，因为它们具有相似的特性。然而，并没有明确的分界线。

过盈配合是否总是需要加热/冷却来进行装配？

热膨胀/收缩并不总是过盈配合装配所必需的。对于低干涉的过盈配合，在室温下施加力通常足以成功装配配合部件。