公差配合：如何为工程应用选择配合

工程学的真正艺术体现在复杂的机械装配中。看看手表的内部，所有微小部件完美和谐地协同工作，简直令人着迷。这正是工程配合的典型例子，也是本文讨论的主题。

本文将介绍不同类型的配合、它们的标准以及应用。让我们开始吧！

什么是工程配合？

工程配合是指两个配合件永久或临时连接在一起的一种机械装配。术语“配合”描述了配合件之间的机械间隙量或物理接触程度。

如果部件紧密配合，接头能够承受载荷，则为过盈配合。而过渡配合的特点是接头能够承受足够的力以保持接触，但不能承受高载荷。第三类，即间隙配合，配合件之间有一个小间隙，允许它们之间自由旋转或滑动。

配合的基础：孔轴系统

孔轴系统是工程配合中常用的标准。它有两种变体：孔基系统或轴基系统。对于这两种系统，基础部件的尺寸是固定的，而另一个部件的尺寸则是为了实现配合而确定的。例如，在轴基系统中，轴的直径是固定的，而孔的直径是可调整的。

其中，孔基系统是目前最受欢迎的，因为与孔相比，控制轴的直径更为方便。但轴基系统并未完全被忽视。当轴的尺寸调整不可行时，例如在质量平衡后的高速旋转轴上，会改变孔的尺寸以实现配合。

配合类型

如前所述，工程配合主要分为三类。每一类都有不同的机械接触方式和功能。在本节中，我们将深入探讨这些配合类型及其子类别。

过盈配合

在过盈配合中，高摩擦力将配合面紧密地结合在一起。因此，过盈配合也称为摩擦配合。

过盈配合的紧密性来自其负间隙。这意味着配合面相互挤压。换句话说，在接触压力下，配合面向内变形。例如，在孔轴系统中，在过盈配合中，孔实际上比轴小，轴通过液压机或锤子强行压入孔中。

此外，创建过盈配合的另一种常见方法是热胀冷缩配合。在这种技术中，其中一个部件被冷却或加热，使其收缩或膨胀（分别），从而使负间隙暂时变为正间隙。将部件相互定位后，温度恢复正常。由此产生的热收缩/膨胀会产生紧密的过盈配合。

通常，过盈配合的间隙为-0.001毫米至-0.042毫米。现在，让我们看看过盈配合的子类别：

• 压配合：压配合的一种较轻的变体，具有最小的负间隙，适用于中等强度的接头。
• 驱动配合：中等干涉接头，能够承受载荷，需要冷/热压和力来组装。
• 强迫配合：强迫配合是工程配合中最强的一种。它们需要冷/热压，并且几乎是永久的。其组装需要仔细控制公差和位置，以避免部件损坏。

间隙配合

间隙配合具有正公差，这意味着配合面之间有一个微小的间隙。同时，部件也有一定的间隙，但它是可忽略的，通常肉眼无法观察到。

由于这种间隙，间隙配合中的部件具有一定的自由度。例如，枢轴接头中的销和框架具有间隙配合，允许两个部件彼此独立移动，但同时也保持锁定位置。这些工程配合中间隙的常见范围是+0.025毫米至+0.089毫米。间隙配合类型的概述如下：

• 松散间隙配合：间隙设置为上述范围的上限。在松散配合中，部件可以自由旋转/滑动，并有可观察到的间隙。
• 自由间隙配合：类似于松配合接头。部件可以高速移动，接头可以容纳热膨胀。然而，由于间隙较大，定位精度较低。
• 紧间隙配合：紧配合的定位精度稍高，并允许部件在高温和高速下移动。
• 滑动间隙配合：滑动接头是高精度的工程配合。间隙保持最小，以限制除滑动方向外的所有自由度。
• 定位间隙配合：定位配合是非常高精度的配合，用于精确定位配合件。间隙非常小，需要润滑以实现平滑运动。

过渡配合

过渡配合是另外两种工程配合之间的折中。根据应用，配合件可以具有小的干涉或间隙。

如果存在负干涉（如过盈配合），则压力和承载能力不会那么高。如果存在间隙（如间隙配合），则间隙不会那么大。

通常，过渡配合在装配操作中用于精确定位部件。它限制了它们的相对运动，同时也防止了极端的机械应力。

过渡配合中的机械干涉/间隙范围在+0.023毫米至-0.018毫米之间，它有两种常见类型：

• 相似配合：它是一种具有接近零的间隙/干涉的工程配合。通常，用木槌施加的人力就足够实现配合。
• 固定配合：比相似配合稍紧，需要压力机才能实现。

ISO 286标准中的工程配合概览

上一节的信息可能一下子难以完全消化。为了更好地理解它，让我们稍微后退一步，尝试从宏观角度审视工程配合。要做到这一点，讨论常见的工程配合类型标准是一个很好的方法。

关于工程配合，最流行的两个标准是ISO 286和ANSI B4.1。这两个标准都提供了关于不同类型配合的公差范围的综合信息。在每家制造工厂，都能找到这些标准的参考表，这足以证明它们在行业中的重要性。

由于ISO标准在这两者中更为知名，因此以下图表主要聚焦于它。

如何实现配合的尺寸公差？

从上述讨论中可以清楚地看出，尺寸公差是确保工程配合准确性的关键因素。然而，在要求的尺寸公差内制造配合件是一项技术活。

通常，工程图纸会通过详细的GD&T（几何尺寸与公差）符号来包含公差范围。GD&T规定了从真实几何形状产生的几何偏差的数量和性质的可接受范围。因此，制造商必须在这些设定的范围内制造零件。

制造商可采用多种技术来实现这一点。这些技术包括：

• CNC精密加工：CNC精密机床具有高达±0.001mm的卓越精度。使用正确的刀具和夹具，机械师可以为工程配合生产精确的零件。
• 磨削：磨削是超精密制造的理想方法，因为其制造精度高达±0.25微米。对于强制过盈配合等关键应用，这种精度的公差很常见。
• 铰削：这是制孔的一种专门应用。由于孔是工程配合中非常常见的配合部件，因此在这个列表中值得提及铰削。它是一种精确的方法，只需去除极少量的材料，因此有助于将孔控制在机械配合所需的紧密尺寸公差范围内。

结论

工程配合对于制造业来说不可或缺。没有它们，就几乎无法组装产品！干涉配合、过渡配合和间隙配合这三种配合类型在轴（齿轮、滑轮和轴承）、机床导轨、离合器等产品中都发挥着至关重要的作用。因此，作为技术人员，了解这一话题非常有益。

韦克是一家获得ISO认证的快速手板制作公司。我们的服务范围广泛，包括CNC精密加工、3D打印和快速模具制造，我们特别注重为您的具体应用实现正确的配合类型。欢迎随时联系我们，开展您的项目。

常见问题

如何为我的应用选择配合？

工程配合的选择取决于多个因素。接头的运动量或承载能力是首先要考虑的因素。其他重要因素包括组装部件的质量和强度、零件几何形状、制造能力和制造成本。

如何计算工程配合公差？

可以根据ISO或ASME等知名工程标准的指南来选择工程配合公差。可以找到每种配合类型和孔/轴尺寸的工程尺寸和公差的详细信息。