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公差配合:如何為工程應用選擇配合

公差配合

工程學的真正藝術(shù)體現(xiàn)在復雜的機械裝配中。看看手表的內(nèi)部,所有微小部件完美和諧地協(xié)同工作,簡直令人著迷。這正是工程配合的典型例子,也是本文討論的主題。

本文將介紹不同類型的配合、它們的標準以及應用。讓我們開始吧!

什么是工程配合?

工程配合是指兩個配合件永久或臨時連接在一起的一種機械裝配。術(shù)語“配合”描述了配合件之間的機械間隙量或物理接觸程度。

如果部件緊密配合,接頭能夠承受載荷,則為過盈配合。而過渡配合的特點是接頭能夠承受足夠的力以保持接觸,但不能承受高載荷。第三類,即間隙配合,配合件之間有一個小間隙,允許它們之間自由旋轉(zhuǎn)或滑動。

配合的基礎:孔軸系統(tǒng)

孔軸系統(tǒng)是工程配合中常用的標準。它有兩種變體:孔基系統(tǒng)或軸基系統(tǒng)。對于這兩種系統(tǒng),基礎部件的尺寸是固定的,而另一個部件的尺寸則是為了實現(xiàn)配合而確定的。例如,在軸基系統(tǒng)中,軸的直徑是固定的,而孔的直徑是可調(diào)整的。

其中,孔基系統(tǒng)是目前最受歡迎的,因為與孔相比,控制軸的直徑更為方便。但軸基系統(tǒng)并未完全被忽視。當軸的尺寸調(diào)整不可行時,例如在質(zhì)量平衡后的高速旋轉(zhuǎn)軸上,會改變孔的尺寸以實現(xiàn)配合。

軸基制和孔基制

配合類型

如前所述,工程配合主要分為三類。每一類都有不同的機械接觸方式和功能。在本節(jié)中,我們將深入探討這些配合類型及其子類別。

過盈配合

在過盈配合中,高摩擦力將配合面緊密地結(jié)合在一起。因此,過盈配合也稱為摩擦配合。

過盈配合的緊密性來自其負間隙。這意味著配合面相互擠壓。換句話說,在接觸壓力下,配合面向內(nèi)變形。例如,在孔軸系統(tǒng)中,在過盈配合中,孔實際上比軸小,軸通過液壓機或錘子強行壓入孔中。

此外,創(chuàng)建過盈配合的另一種常見方法是熱脹冷縮配合。在這種技術(shù)中,其中一個部件被冷卻或加熱,使其收縮或膨脹(分別),從而使負間隙暫時變?yōu)檎g隙。將部件相互定位后,溫度恢復正常。由此產(chǎn)生的熱收縮/膨脹會產(chǎn)生緊密的過盈配合。

通常,過盈配合的間隙為-0.001毫米至-0.042毫米。現(xiàn)在,讓我們看看過盈配合的子類別:

  • 壓配合:壓配合的一種較輕的變體,具有最小的負間隙,適用于中等強度的接頭。
  • 驅(qū)動配合:中等干涉接頭,能夠承受載荷,需要冷/熱壓和力來組裝。
  • 強迫配合:強迫配合是工程配合中最強的一種。它們需要冷/熱壓,并且?guī)缀跏怯谰玫?。其組裝需要仔細控制公差和位置,以避免部件損壞。

間隙配合

間隙配合具有正公差,這意味著配合面之間有一個微小的間隙。同時,部件也有一定的間隙,但它是可忽略的,通常肉眼無法觀察到。

由于這種間隙,間隙配合中的部件具有一定的自由度。例如,樞軸接頭中的銷和框架具有間隙配合,允許兩個部件彼此獨立移動,但同時也保持鎖定位置。這些工程配合中間隙的常見范圍是+0.025毫米至+0.089毫米。間隙配合類型的概述如下:

  • 松散間隙配合:間隙設置為上述范圍的上限。在松散配合中,部件可以自由旋轉(zhuǎn)/滑動,并有可觀察到的間隙。
  • 自由間隙配合:類似于松配合接頭。部件可以高速移動,接頭可以容納熱膨脹。然而,由于間隙較大,定位精度較低。
  • 緊間隙配合:緊配合的定位精度稍高,并允許部件在高溫和高速下移動。
  • 滑動間隙配合:滑動接頭是高精度的工程配合。間隙保持最小,以限制除滑動方向外的所有自由度。
  • 定位間隙配合:定位配合是非常高精度的配合,用于精確定位配合件。間隙非常小,需要潤滑以實現(xiàn)平滑運動。

過渡配合

過渡配合是另外兩種工程配合之間的折中。根據(jù)應用,配合件可以具有小的干涉或間隙。

如果存在負干涉(如過盈配合),則壓力和承載能力不會那么高。如果存在間隙(如間隙配合),則間隙不會那么大。

通常,過渡配合在裝配操作中用于精確定位部件。它限制了它們的相對運動,同時也防止了極端的機械應力。

過渡配合中的機械干涉/間隙范圍在+0.023毫米至-0.018毫米之間,它有兩種常見類型:

  • 相似配合:它是一種具有接近零的間隙/干涉的工程配合。通常,用木槌施加的人力就足夠?qū)崿F(xiàn)配合。
  • 固定配合:比相似配合稍緊,需要壓力機才能實現(xiàn)。

engineering drawing design

ISO 286標準中的工程配合概覽

上一節(jié)的信息可能一下子難以完全消化。為了更好地理解它,讓我們稍微后退一步,嘗試從宏觀角度審視工程配合。要做到這一點,討論常見的工程配合類型標準是一個很好的方法。

關(guān)于工程配合,最流行的兩個標準是ISO 286和ANSI B4.1。這兩個標準都提供了關(guān)于不同類型配合的公差范圍的綜合信息。在每家制造工廠,都能找到這些標準的參考表,這足以證明它們在行業(yè)中的重要性。

由于ISO標準在這兩者中更為知名,因此以下圖表主要聚焦于它。

配合類型孔基軸基配合類型應用場景
間隙配合H11/c11C11/h11松動運行配合軸樞、易受腐蝕和灰塵影響的部件、受溫度變化影響的部件
H9/d9D9/h9自由運行配合汽缸-活塞組件、慢速旋轉(zhuǎn)部件
H8/f7F8/h7緊密運行配合機床主軸、軸軸承、滑動接頭
H7/g6G7/h6滑動配合滑動齒輪、離合器盤、液壓活塞
H7/h6H7/h6定位間隙配合機床導軌、滾珠導軌
過渡配合H7/k6K7/h6定位過渡配合車輪、制動盤、軸上的齒輪/滑輪
H7/n6N7/h6定位過渡配合電動機電樞繞組、齒輪
過盈配合H7/p6P7/h6定位過盈配合輪轂、離合器、軸承襯套
H7/s6S7/h6中等驅(qū)動配合永久性齒輪/滑輪組件、軸承安裝
H7/u6U7/h6壓入配合法蘭安裝、齒輪、軸

如何實現(xiàn)配合的尺寸公差?

從上述討論中可以清楚地看出,尺寸公差是確保工程配合準確性的關(guān)鍵因素。然而,在要求的尺寸公差內(nèi)制造配合件是一項技術(shù)活。

通常,工程圖紙會通過詳細的GD&T(幾何尺寸與公差)符號來包含公差范圍。GD&T規(guī)定了從真實幾何形狀產(chǎn)生的幾何偏差的數(shù)量和性質(zhì)的可接受范圍。因此,制造商必須在這些設定的范圍內(nèi)制造零件。

制造商可采用多種技術(shù)來實現(xiàn)這一點。這些技術(shù)包括:

  • CNC精密加工:CNC精密機床具有高達±0.001mm的卓越精度。使用正確的刀具和夾具,機械師可以為工程配合生產(chǎn)精確的零件。
  • 磨削:磨削是超精密制造的理想方法,因為其制造精度高達±0.25微米。對于強制過盈配合等關(guān)鍵應用,這種精度的公差很常見。
  • 鉸削:這是制孔的一種專門應用。由于孔是工程配合中非常常見的配合部件,因此在這個列表中值得提及鉸削。它是一種精確的方法,只需去除極少量的材料,因此有助于將孔控制在機械配合所需的緊密尺寸公差范圍內(nèi)。

結(jié)論

工程配合對于制造業(yè)來說不可或缺。沒有它們,就幾乎無法組裝產(chǎn)品!干涉配合、過渡配合和間隙配合這三種配合類型在軸(齒輪、滑輪和軸承)、機床導軌、離合器等產(chǎn)品中都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。因此,作為技術(shù)人員,了解這一話題非常有益。

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常見問題

如何為我的應用選擇配合?

工程配合的選擇取決于多個因素。接頭的運動量或承載能力是首先要考慮的因素。其他重要因素包括組裝部件的質(zhì)量和強度、零件幾何形狀、制造能力和制造成本。

如何計算工程配合公差?

可以根據(jù)ISO或ASME等知名工程標準的指南來選擇工程配合公差。可以找到每種配合類型和孔/軸尺寸的工程尺寸和公差的詳細信息。

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