孔和轴的匹配与配合优化技巧

任务描述与要求

减速器的箱体孔、输入输出轴轴颈与轴承及大齿轮内孔与输出轴轴头接合中，其配合质量和性质（如可动配合的松紧程度或不可动配合的紧固程度等）是由相互配合的轴和孔的公差带位置与大小决定的。本任务以图2 - 1（a）所示的减速器中箱体孔、输入输出轴颈与轴承及大齿轮内孔与输出轴轴头的公差和配合为例，说明公差与配合在不同场合的标注方法。

那么，什么是孔、轴配合？在机械产品的设计与制造中，是如何规定配合内容的？不同的配合形式对产品的性能和寿命又有什么影响呢？……通过本任务的学习，我们可以顺利找到以上问题的答案。

任务知识准备

一、有关配合的定义

1. 配合

配合是指公称尺寸相同、相互接合的孔和轴公差带之间的关系，它反映的是接合的松紧程度。

由于配合是指一批孔、轴的装配关系，而不是指单个孔和单个轴的装配关系，所以只有用公差带关系来反映配合才比较准确。

2. 间隙和过盈

间隙或过盈是指相配合的孔的尺寸减去相配合的轴的尺寸所得的代数差，此差值为正时称为间隙，用X 表示；为负时称为过盈，用Y 表示，如图2 - 12 所示。

极限配合示意图

图2-12　间隙和过盈　

（a）间隙；（b）过盈

3. 配合种类

配合种类有间隙配合、过盈配合和过渡配合。

1）间隙配合

间隙配合是指具有间隙（包括最小极限间隙等于零）的配合，即使把孔做得最小、把轴做得最大，装配后仍具有一定的间隙（包括最小极限间隙等于零）。对于这类配合，孔的公差带在轴的公差带之上，如图2 - 13 所示。

间隙配合

图2-13　间隙配合及其图解　

这类配合的最大间隙用Xmax 表示，最小间隙用Xmin 表示，平均间隙用Xav 表示，计算公式分别为

2）过盈配合

过盈配合是指具有过盈（包括最小极限过盈等于零）的配合，即使把孔做得最大、把轴做得最小，装配后仍具有一定的过盈（包括最小极限过盈等于零）。对于这类配合，孔的公差带在轴的公差带之下，如图2 - 14 所示。

过盈配合

图2-14　过盈配合及其图解　

这类配合的最大极限过盈用Ymax 来表示，最小极限过盈用Ymin 来表示，平均过盈用Yav来表示，计算公式分别为

3）过渡配合

过渡配合是指可能具有间隙或过盈的配合。对于这类配合，孔的公差带与轴的公差带相互交叠，如图2 - 15 所示。

过渡配合

图2-15　过渡配合及其图解　

这类配合没有最小极限间隙和最小极限过盈，只有最大极限间隙Xmax 和最大极限过盈Ymax，计算公式为

当最大极限间隙和最大极限过盈的平均值为正时，表示平均间隙Xav；为负时，表示平均过盈Yav。

4. 配合公差及配合公差带图

配合公差是指间隙或过盈的允许变动量，用Tf 表示。

从上式可以看出，不论是哪一类配合，其配合公差都应表示为

此公式是一个非常重要的公式，在尺寸精度设计时经常用到。该公式说明，配合精度要求越高，则孔、轴的精度也应越高（公差值越小）；配合精度要求越低，则孔、轴的精度也越低（公差值越大）。

为了直观地表示配合精度和配合性质，国家标准提出了配合公差带图，如图2 - 16 所示。(www.xing528.com)

公差带图表示三种　

配合公差带图

画配合公差带图的规则与画孔、轴公差带图的规则相同，配合公差带图用一长方形区域表示。零线以上为正，表示间隙；零下以下为负，表示过盈。公差带上、下两端到零线的距离为极限间隙或极限过盈，而公差带上、下两端之间的距离为配合公差。极限间隙和极限过盈以μm 或mm 为单位。

图2-16　配合公差带图　

二、有关配合制的定义

配合制是由同一种极限制的轴和孔的公差带组成配合的一种制度。国家标准规定了两种配合制：基孔配合制和基轴配合制。

1. 基孔配合制

基孔配合制是指基本偏差为一定（H）的孔的公差带，与不同基本偏差（a～zc）的轴的公差带形成各种配合的一种制度，简称基孔制，如图2 - 17（a）所示。

2. 基轴配合制

基轴配合制指基本偏差为一定（h）的轴的公差带，与不同基本偏差（A～ZC）的孔的公差带形成各种配合的一种制度，简称基轴制，如图2 - 17（b）所示。

基孔制、基轴制 配合图

图2-17　基孔配合制和基轴配合制　

（a）基孔制配合；（b）基轴制配合

三、配合系列

1. 配合代号

2. 配合代号在装配图上的标注形式

图2 - 18 所示为常见的孔与轴都是非标准件的配合代号在装配图上的标注形式。

图2-18　非标准件的配合代号标注形式　

图2-19　标准件配合代号标注形式　

若孔与轴中有一个是标准件，则装配图上只在非标准件的公称尺寸后标出偏差代号与公差等级，如图2 - 19 所示，轴承内外径不标注公差代号，φ 62J7和φ 30k6 即为配合代号。

3. 国家标准推荐选用的配合

为了使配合的种类集中统一，GB/T 1801—2009《产品几何级数规范（GPS）极限与配合 公差带和配合的选择》规定了基孔制常用配合59 种，优先配合13 种，见表2 - 6；基轴制常用配合47 种，其中优先配合13 种，见表2 - 7。

表2-6　基孔制优先、常用配合

注：①　H6/n5、H7/p6 在公称尺寸小于或等于3 mm 和H8/r7 在小于或等于100 mm 时，为过渡配合。②　标注◤的配合为优先配合。

表2-7　基轴制优先、常用配合

注：①　标注◤的配合为优先配合。

由表2 - 6 和表2 - 7 可知，当相配合的孔和轴公差带均为优先公差带时，可组成优先配合；当相配合的孔和轴公差带均是常用公差带，或其中一个是常用公差带，另一个是优先公差带时，组成常用配合。

同理，选用配合时，应尽量选用优先、常用配合。优先配合应用说明见表2 - 8。

表2-8　优先配合应用说明

续表

在实际生产中，如有特殊需要或其他充分理由，也允许采用非基准制的配合，即采用非基准孔和非基准轴相配合。

任务实施

任务回顾

减速器的箱体孔、输入输出轴轴颈与轴承及大齿轮内孔与输出轴轴头接合中，其配合质量和性质（如可动配合的松紧程度或不可动配合的紧固程度等）是由相互配合的轴和孔的公差带位置与大小决定的。根据所学知识，我们可知道如图2 - 1（a）所示配合代号的含义以及配合的类型。

任务实施

首先，在减速器装配图中，φ 30js6 为轴承内圈和轴颈的配合代号，因为轴承是标准件，因此省略孔的公差带代号，只留轴颈的公差带代号。φ 24H7/g6 为大齿轮内孔与轴头的配合代号，查表2 - 6 可知，为优先配合，属于间隙配合类型。