单元一
公差与配合

学习目标

1．能叙述互换性的概念与作用。

2．能解释尺寸、偏差、公差及配合基本术语及定义。

3．能绘制尺寸公差带图和配合公差带图。

4．能正确识读零件图的公差配合标注。

5．能计算公差配合的相关参数。

6．能归纳总结汽车典型零件的公差与配合要求及其特点。

内容概要

在汽车机械中常见轴与孔的配合，如汽车变速器中轴与轴承的配合、轴承外圈与轴承座的配合、发动机曲轴的轴颈与轴承的配合等。“公差”主要反映机器零件使用要求与制造工艺之间的矛盾；“配合”则反映组成机器零件之间的关系。公差与配合在整个维修作业中，它的科学性、必要性无处不在。学习并正确地应用它，将给维修技术工作带来好处与实效。

知识准备

一、互换性

引导问题：自行车某个零件损坏后，买一个相同规格的零件，装好后就能照常使用，这种技术原则称为什么？有什么好处呢？

1．互换性概念

在日常生活中，如机床、汽车、自行车、电视机等的某个零件损坏后，买一个相同规格的零件，装好后就能正常使用。零件或产品的互换性是指零部件在装配时，同一规格的产品能够不需选择、不经调整、不用修配，就能保证产品使用性能的特性。例如，在实际生产中，装配工人任意从相同规格的一批零件中选出一个装到机器上，装配后的机器就能正常使用。产品的互换性是实现现代工业产品生产的基本要求。

2．互换性分类

在机械中，互换性可分为广义互换性和狭义互换性。广义互换性是指机器的零件在各种性能方面都达到了使用要求，如性能参数中的精度、强度、刚度、硬度、使用寿命、耐腐蚀性、热变性、导电性等，都能满足机器的功能要求。狭义互换性仅指机器的零部件能满足几何参数方面的要求，如尺寸、形状、位置和表面粗糙度的要求。

互换性按互换程度可分为完全互换和不完全互换。完全互换是指对同一规格的零件，不加挑选就能满足使用要求的互换性，多用于大量成批生产的标准零件，如齿轮、滚动轴承、普通紧固螺纹制品。

不完全互换是指装配时需要进行挑选或者调整才能满足使用要求，多用于生产批量小和装配精度要求高的情况。

3．互换性的作用

互换性给产品的设计、制造和使用维修带来了很大的方便。设计方面，由于大量零部件都已标准化、通用化，只要根据需要选用即可，从而大大简化设计过程，缩短设计周期，同样有利于产品多样化和计算机辅助设计。制造方面，互换性有利于组织大规模专业化协作生产，专业化生产有利于采用高科技和高生产率的先进工艺和装备，实现生产过程机械化、自动化，从而提高生产率、提高产品质量、降低生产成本。使用维修方面，零部件具有互换性，可以及时更换损坏的零部件，减少机器的维修时间和费用，延长机器使用寿命，提高使用价值。

互换性使大生产的实现依赖于零件制造的各种技术标准。由此可见，标准化是实现互换性的前提和条件。

二、误差与公差

引导问题：何谓公差及误差？二者的区别和联系是什么？如果没有公差标准，也能按互换性原则进行生产吗？

1．加工误差

零件加工时，任何一种加工方法都不可能把工件做得绝对准确，一批零件的尺寸大小各有不同程度的差异。由于工艺误差和其他因素的影响，即使在相同的条件下，也存在尺寸、形状和位置等方面的差异。加工误差是指实际几何参数对其设计理想值的偏离程度，通常称一批零件的尺寸变动为尺寸误差。制造技术水平的提高可以减少尺寸误差，但是不能消除尺寸误差。

加工误差可分为：尺寸误差、形状误差、位置误差、方向误差、跳动误差。

2．公差

生产实际中不可避免会产生加工误差，为了达到预定的互换性要求，就要把零部件的几何参数控制在一定的变动范围内。这个零件几何参数的允许变动范围就称为“公差”。公差是用以限制加工误差，由设计人员根据产品使用性能要求给定的，它反映了工件的制造精度要求。因为误差不可能被消除，所以公差值不能为零。

目前，制造业已能加工出精度极高的产品，但加工误差依然存在，为了实现互换性生产，就必须对零件的几何参数提出公差要求，只有在公差要求内的合格零件才能实现互换性。将零件几何参数的允许变动量按不同的精度等级制定出公差值标准，即公差标准。

三、极限与配合

引导问题：配合反映的是组成机器的零件间的关系，那么组成机器的零件间的关系都有哪些呢？如何表示零件间的关系呢？

1．孔和轴

在极限与配合的标准中，孔和轴这两个术语有其特定含义，它关系到公差标准的应用范围。

孔主要是指圆柱形内表面，也包括其他内表面中由单一尺寸确定的部分。孔的直径尺寸用 D 表示。如图2-1-1所示， D ₁ 、 D ₂ 、 D ₃ 、 D ₄ 等单一尺寸确定的部分皆为孔。

轴主要是指圆柱形外表面，也包括其他外表面中由单一尺寸确定的部分。轴的直径尺寸用 d 表示。如图2-1-1所示， d ₁ 、 d ₂ 、 d ₃ 等单一尺寸确定的部分皆为轴。

从装配关系上讲，孔是包容面，轴是被包容面。

2．有关尺寸的术语及定义

1）尺寸：用特定单位表示长度值的数字。在机械制造中一般常用毫米（mm）作为特定单位。

2）公称尺寸（孔 D 、轴 d ）：由图样规范确定的理想形状要素的尺寸。它是根据零件的强度计算、结构和工艺上的需要设计给定的尺寸。

3）实际尺寸（孔 D _a 、轴 d _a ）：指实际要素的尺寸，是通过测量得到的。由于在测量过程中，不可避免地存在测量误差（测量误差的产生受测量仪器的精度、环境条件及操作水平等因素的影响），同一零件的相同部位用同一量具重复测量多次，其测量的实际尺寸也不完全相同。因此实际尺寸并非尺寸的真值。

4）极限尺寸：允许尺寸变化的两个界限值。极限尺寸是以公称尺寸为基数来确定的。

上极限尺寸（孔 D _max 、轴 d _max ）：允许实际尺寸变动的最大值；

下极限尺寸（孔 D _min 、轴 d _min ）：允许实际尺寸变动的最小值。

实际尺寸小于或等于上极限尺寸，且大于或等于下极限尺寸的零件为尺寸精度合格，表示如下：

孔合格条件： D _max ≥ D _a ≥ D _min ；

轴合格条件： d _max ≥ d _a ≥ d _min 。

3．有关尺寸偏差与公差的术语及定义

1）尺寸偏差：简称偏差，是指某一尺寸（极限尺寸、实际尺寸等）减其公称尺寸所得的代数差，它包括极限偏差（上极限偏差、下极限偏差）和实际偏差。由于极限尺寸和实际尺寸可能大于、小于或等于公称尺寸，故尺寸偏差是一个带符号的值，可以是负值、零值或正值。

2）实际偏差：实际尺寸减去其公称尺寸所得的代数差。

3）极限偏差：极限尺寸减去其公称尺寸所得的代数差。

上极限偏差为上极限尺寸减其公称尺寸所得的代数差（孔用 ES 表示，轴用 es 表示）。

下极限偏差为下极限尺寸减其公称尺寸所得的代数差（孔用 EI 表示，轴用 ei 表示）。

4）公差：允许尺寸的变动量。

它等于上极限尺寸减下极限尺寸之差，或上极限偏差减下极限偏差之差。它是一个没有符号的绝对值。

孔的公差 T _h = D _max -D _min = ES-EI ；轴的公差 T _s = d _max -d _min = es-ei

公差大小是确定了允许尺寸变动范围的大小。在同一尺寸段内的公称尺寸，若公差值大则允许尺寸变动的范围大，因而要求加工精度低；反之，若公差值小则允许尺寸变动的范围小，因而要求加工精度高。

5）公称尺寸、尺寸偏差和尺寸公差三者的关系如图2-1-2所示。

4．有关配合的术语及定义

1）配合：类型相同且待装配的外尺寸要素（轴）和内尺寸要素（孔）之间的尺寸关系。形成配合的前提条件是孔和轴的公称尺寸相同。

2）间隙与过盈。

间隙：孔、轴配合时，孔的尺寸减去相配合的轴的尺寸所得的代数差为正时，称为间隙，用 X 表示。

过盈：孔、轴配合时，孔的尺寸减去相配合的轴的尺寸所得的代数差为负时，称为过盈，用 Y 表示。

3）间隙配合、过盈配合、过渡配合。根据零件的工作要求，国家标准规定配合分为三种，即间隙配合、过盈配合和过渡配合，见表2-1-1。

间隙配合：公称尺寸相同的孔和轴装配时，有间隙（包括最小间隙等于零）的配合。此时，孔的公差带在轴的公差带之上。

过盈配合：公称尺寸相同的孔和轴装配时，有过盈（包括最小过盈等于零）的配合。此时，孔的公差带在轴的公差带之下。

过渡配合：公称尺寸相同的孔和轴装配时，有可能出现间隙或过盈的配合。此时，孔的公差带与轴的公差带出现重叠部分。