机械设计：一文搞定极限和孔轴配合的相关知识

在机械图纸中，关于公差的标注是很有学问的，涉及到一门学科《互换性与测量技术》。公差包括尺寸公差和形位公差。之所以有公差这个概念，是为了零部件能实现互换性，提高生产效率。在装配零部件时，经常会有孔轴配合和其他配合形式，因实际加工时，或多或少都会存在误差，为了保证能零部件之间能正确配合，所以必须对配合尺寸的变动范围进行控制，所以就有了公差和偏差的概念。标题中的极限就是标定一个尺寸变动范围的两个极限尺寸，配合就是孔轴配合及其他配合。孔轴配合是机械中最常用的配合，本文主要介绍关于极限和孔轴配合的相关知识。

1 互换性与公差的概念

在装配机器时，把同样零件中的任一零件，不经挑选或修配，便可装到机器上，机器就能正常运转；在修配时，把任一同样规格的零件配换上去，仍能保持机器的原有性能。这些“在相同零件中，不经挑选或修配就能装配（或换上）并能保持原有性能的性质”，称为互换性。

在零件的加工过程中，不可能把零件的尺寸做得绝对准确。为了保证互换性，必须将零件尺寸的加工误差限制在一定的范围内，规定出尺寸允许的变动量，这个变动量就是尺寸公差，简称公差。

2 尺寸公差的相关术语

基本尺寸：根据零件强度、结构和工艺要求，设计确定的尺寸。

实际尺寸：通过测量所得到的尺寸。

极限尺寸：允许尺寸变化的两个界限值。它以基本尺寸为基数来确定。

尺寸偏差（简称偏差）：某一尺寸减其基本尺寸所得的代数值。尺寸偏差包括上极限偏差和下极限偏差。上偏差=最大极限尺寸-基本尺寸；下偏差=最小极限尺寸-基本尺寸。孔的上偏差代号为ES、孔的下偏差代号为EI；轴的上偏差代号为es、轴的下偏差代号为ei。

尺寸公差（简称公差）: 允许尺寸的变动量。尺寸公差=最大极限尺寸-最小极限尺寸=上偏差-下偏差 。

公差等级：确定尺寸精度程度的等级。国家标准将公差等级分为20级：IT01、IT0、IT1~IT18。“IT”表示标准公差，公差等级的代号用阿拉伯数字表示。从IT01至IT18等级依次降低。

标准公差：用以确定公差带大小的公差。标准公差是基本尺寸的函数。对于一定的基本尺寸，公差等级愈高，标准公差值愈小，尺寸的精确程度愈高。

3 公差带图

公差带表示公差大小和相对于零线位置的一个区域。为了便于分析，一般将尺寸公差与基本尺寸的关系，按放大比例画成简图，称为公差带图。

4 基本偏差

用以确定公差带相对于零线位置的上偏差或下偏差，一般是指靠近零线的那个偏差。根据实际需要，国家标准分别对孔和轴各规定了28个不同的基本偏差。

5 孔、轴的公差带代号

公差带代号由基本偏差与公差等级代号组成。例如：

6 孔、轴的三种配合

（1）间隙配合：孔的公差带完全在轴的公差带之上，任取其中一对孔和轴相配合都成为具有间隙的配合。

（2）过盈配合：孔的公差带完全在轴的公差带之下，任取其中一对孔和轴相配合都成为具有过盈的配合。

（3）过渡配合：孔和轴的公差带相互交叠，任取其中一对孔和轴相配合，可能具有间隙，也可能具有过盈的配合。

在间隙配合中，有最大间隙和最小间隙；过盈配合有最大过盈和最小过盈；过渡配合这两种参数都包括。

7 配合的基准制

国家标准规定了两种常用基准制：

（1）基孔制：基本偏差为一定的孔的公差带，与不同基本偏差的轴的公差带构成各种配合的一种制度称为基孔制。基孔制的孔称为基准孔，其基本偏差代号为“H”，国家标准规定基准孔的下偏差为零。下图为基孔制不同配合的示例。

（2）基轴制：基本偏差为一定的轴的公差带，与不同基本偏差的孔的公差带构成各种配合的一种制度称为基轴制。基轴制的轴称为基准轴，其基本偏差代号为“h”，国家标准规定基准轴的上偏差为零。下图为基轴制不同配合的示例。

下图为基孔制和基轴制不同配合的公差带图。

8 公差与配合的标注

标注公差有三种形式：

（1）标注公差带的代号，这种标注法和采用专用量具检验零件统一起来，适应大批量生产的需要，不需标注偏差数值。

（2）标注偏差数值，这种注法主要用于小量或单件生产，以便加工和检验时减少辅助时间。

（3）标注公差带代号和偏差数值，在生产批量不明时，可将偏差数值和公差带代号同时标注。

9 常用公差带与配合

因不同公差带的孔和轴可组成大量配合，为减少定制刀具、量具和设备的数目，国家标准中规定了常用的公差带与配合，设计时应在这些系列里面选取。下图中方框内为常用公差带，黑体为优先选用公差带。