1.4 公差与配合的基本规定

按零件图要求加工出来的零件，装配时不需要经过选择或修配，就能达到规定的技术要求，这种性质称为互换性。零件具有互换性，便于用户装配和维修，有利于组织生产协作，提高经济效益。建立极限与配合制度是保证零件具有互换性的必要条件。

1.4.1 基本概念

1.标准化

标准化定义为：在经济、技术、科学及管理等社会实践中，对重复性的事物和概念，通过制订、发布和实施标准达到统一，以获得最佳秩序和社会效益。由此可见，标准化是标准的制订、发布和贯彻实施的全部活动过程，包括从调查标准化对象开始，经试验、分析和综合归纳，进而制订和贯彻标准，以后还要修订标准等。标准化是以标准形式体现的，也是一个不断循环、不断提高的过程。

标准的种类极其繁多，可从不同角度对标准进行分类。按一般习惯将标准分为技术标准、管理标准、工作标准；按照标准发挥作用的范围，将其分为国际标准、区域标准、国家标准、专业标准、地方标准和企业标准；按标准在标准系统中的地位，可将其分为基础标准和一般标准；按标准的法律属性，可将其分为强制执行标准和推荐执行标准。

标准化是实现专业化协作生产的前提和基础，是实现互换性的基础。它可以减少浪费，促进信息交流和提高产品质量。在国际交流中，有了标准化，可以消除贸易壁垒。因此，标准化是组织现代化生产的重要手段，是科学管理的重要组成部分。

在机械制造中，生产出来的零件都存在一定的误差，包括尺寸误差以及形状、位置误差和表面粗糙度等。为了使用上和设计上等各方面的需要，确保互换性，国家对上述误差都制订了相应的国家标准。

2.零件的互换性

同一批零件，不经挑选和辅助加工，任取一个就可顺利地装到机器上去，并满足机器的性能要求，零件的这种性能称为互换性。零件具有互换性，不仅能组织大批量生产，而且可提高产品的质量，降低成本和便于维修。

保证零件具有互换性的措施：由设计者确定合理的配合要求和尺寸公差大小。在满足设计要求的条件下，允许零件实际尺寸有一个变动量，这个允许尺寸的变动量称为公差。

在生产过程中，按互换性的程度可将其分为完全互换和不完全互换。

零部件装配或更换时，不需要选择，不需要调整和修配就能互换，称为完全互换。例如：加工一批减速箱传动轴部件的涡轮和传动轴，要求装配后保证一定的配合性质，由此，规定了涡轮孔和传动轴的尺寸允许变动的范围。涡轮孔和传动轴加工后只要符合设计规定，那么任一涡轮孔与传动轴的配合都能够满足一定的配合性质，则它们就具有完全互换性。

但是，当装配精度要求较高时，采用完全互换会使零件的尺寸允许变动范围很小，加工困难，加工成本提高，甚至无法加工。这时如果将零件的制造公差适当地放大，使它便于加工，而在零件加工完后，再用测量器具将零件的实际尺寸按大小分为若干组，使每组零件间实际尺寸差别减小，装配时按相应的组进行搭配（例如：大孔与大轴配，小孔与小轴配）。这样，既可保证装配精度和使用要求，又能解决加工困难，降低成本。此时，仅组内零件可以互换，组与组之间不能互换，因此称为不完全互换。不完全互换可以用分组装配法、调整法等来实现。

3.基本术语

基本尺寸：设计给定的尺寸；

极限尺寸：允许尺寸变化的两个极限值，它是以基本尺寸为基数来确定的。

尺寸偏差（简称偏差）：某一尺寸减其基本尺寸所得的代数差，分别称为上偏差和下偏差，如图1-11所示。即：

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

国家标准规定：孔的上偏差代号为ES，孔的下偏差代号为EI，如图1-11所示。轴的上偏差代号为es，下偏差代号为ei。

尺寸公差（简称公差）：允许尺寸的变动量。

公差=最大极限尺寸-最小极限尺寸=上偏差-下偏差

例：一根轴的直径为ø50±0.008。其基本尺寸为ø50，最大极限尺寸为ø50.008，最小极限尺寸为ø49.992。

上偏差=50.008-50=0.008

下偏差=49.992-50=-0.008

公差=50.008-49.992=0.016或=0.008-（-0.008）=0.016

零线：在公差带图（公差与配合图解）中确定偏差的一条基准直线，即零偏差线。通常以零线表示基本尺寸。

尺寸公差带（简称公差带）：在公差带图中，由代表上、下偏差的两条直线所限定的区域。

4.配合

基本尺寸相同的、相互结合的孔和轴公差带之间的关系称为配合。根据使用的要求不同，孔和轴之间的配合有松有紧，国家标准规定配合分三类：间隙配合、过盈配合和过渡配合。

（1）间隙配合

孔与轴配合时，具有间隙（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，如图1-12所示。

（2）过盈配合

孔和轴配合时，孔的尺寸减去相配合轴的尺寸，其代数差为负值为过盈。具有过盈的配合称为过盈配合。此时孔的公差带在轴的公差带之下，如图1-13所示。

（3）过渡配合

可能具有间隙或过盈的配合为过渡配合。此时孔的公差带与轴的公差带相互交叠，如图1-14所示。

5.标准公差与基本偏差

在极限与配合图解中，公差带代表上偏差和下偏差或最大极限尺寸和最小极限尺寸的两条直线所限定的一个区域。公差带有两个要素：一是公差带的大小，它取决于公差数值的大小；二是公差带的位置，它取决于极限偏差的大小。标准公差确定公差带大小，基本偏差确定公差带位置。

（1）标准公差

标准公差是标准中所列的，用以确定公差带大小的任一公差。标准公差分为20个等级，即IT01、IT0、IT1至IT18。IT表示公差，数字表示公差等级，从IT01至IT18依次降低。

（2）基本偏差

基本偏差是标准中所列的，用以确定公差带相对零线位置的上偏差或下偏差，一般指靠近零线的那个偏差。当公差带在零线的上方时，基本偏差为下偏差；反之则为上偏差。轴与孔的基本偏差代号用拉丁字母表示，大写为孔，小写为轴，各有28个。其中H（h）的基本偏差为零，常作为基准孔或基准轴的偏差代号。

6.配合制度

当基本尺寸确定后，为了得到孔与轴之间各种不同性质的配合，又便于设计和制造，国家标准规定了两种不同的基准制，即基孔制和基轴制，在一般情况下优先选用基孔制。

（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形成各种配合的一种制度，如图1-15 （a）所示。

基孔制配合中的孔为基孔制，用基本偏差代号H表示，基孔制的下偏差为零。

（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形成各种配合的一种制度，如图1-15 （b）所示。

基轴制配合中的轴为基准轴，用基本偏差代号h表示，基准轴的上偏差为零。

1.4.2 公差与配合的选择

公差与配合（极限与配合）国家标准的应用，实际上就是如何根据使用要求正确合理地选择符合标准规定的孔、轴的公差带大小和公差带位置。在基本尺寸确定以后，就是配合制、公差等级和配合种类的选择问题。

1.配合制的选择

国家标准规定的孔、轴基本偏差数值，可以保证在一定条件下基孔制的配合与相应的基轴制配合性质相同。所以，在—般情况下，无论选用基孔制配合还是基轴制配合，都可以满足同样的使用要求。可以说，配合制的选择基本上与使用要求无关，主要的考虑因素是生产的经济性和结构的合理性。

（1）一般情况下优先选用基孔制配合。从工艺上看，对较高精度的中小尺寸孔，广泛采用定值刀、量具（钻头、铰刀、拉刀、塞规等）加工和检验，每把刀具只能加工一种尺寸的孔。加工轴则不然，不同尺寸的轴只需要用某种刀具通过调整其与工件的相对位置加工即可。因此，采用基孔制可减少定值刀、量具的规格和数量，经济性较好。

（2）在某些情况下应当选用基轴制。

① 直接采用冷拉钢材做轴，不再切削加工，宜采用基轴制。如农机、纺机和仪表等机械产品中，一些精度要求不高的配合，常用冷拉钢材直接做轴，而不必加工，此时可用基轴制。

② 有些零件由于结构或工艺上的原因，必须采用基轴制。

2.公差等级的选用

公差等级的选择十分重要，但要准确地选定是十分困难的。公差等级过低，将不能满足使用性能的要求和保证产品质量；公差等级过高，将使生产成本成倍地增加，显然不符合经济性的要求，所以，选择时必须综合考虑这两个对立方面的要求，正确合理地确定公差等级。一般情况下可从以下几个方面来考虑：

（1）既实用又经济。在满足使用要求的条件下，尽可能选用较低的公差等级，这样可以取得较好的综合经济效益。生产中主要采用类比法来确定公差等级，所谓类比法就是参考经过被实践证明为合理的类似产品上的相应尺寸的公差，来确定要求设计的孔、轴公差等级。只有某些特殊重要的配合，有可能根据使用要求确定其间隙或过盈的允许变动界限时，才用计算法进行精确设计，确定其公差等级。

（2）工艺等价。工艺等价原则是指使相配合的孔、轴加工难易程度相当。对于基本尺寸≤500mm的较高公差等级的配合，由于孔比同级轴的加工成本高，所以，当标准公差≤IT8 时，国标推荐孔比轴低一级相配合。但对基本尺寸≤500mm、标准公差>IT8的，或基本尺寸>500mm的配合，孔、轴加工难易程度相当，取同级配合。

（3）与相配零件的精度相适应。例如，与齿轮孔配合的轴的公差等级要与齿轮精度相适应；与滚动轴承配合的轴颈或壳体孔的公差等级，应与滚动轴承的精度相当。

3.配合种类的选用

选择配合种类的主要依据是使用要求，应该按照工作条件要求的松紧程度（由配合的孔、轴公差带相对位置决定）来选择适当的配合。选择基本偏差代号通常有以下三种方法：

（1）计算法。计算法是根据一定的理论和公式，计算出所需的间隙和过盈，然后对照国标选择适当配合的方法。例如，对高速旋转运动的间隙配合，可用流体润滑理论计算，保证滑动轴承处于液体摩擦状态所需的间隙；对不加辅助件（如键、销等）传递转矩的过盈配合，可用弹塑性变形理论算出所需的最小过盈。计算法虽然麻烦，但是理论根据较充分，方法较科学。由于影响配合间隙或过盈的因素很多，所以在实际应用时还需经过试验来确定。

（2）试验法。试验法是根据多次试验的结果，寻求最合理的间隙或过盈，从而确定配合的一种方法。这种方法主要用于重要的、关键性的一些配合。例如，机车车轴与轴轮的配合，就是用试验方法来确定的。一般采用试验法的结果较为准确可靠，但试验工作量大，费用昂贵。

（3）类比法。类比法是指在同类型机器或机构中，经过生产实践验证的已用配合的实例，再考虑所设计机器的使用要求，并进行分析对比确定所需配合的方法。在生产实践中，广泛使用选择配合的方法就是类比法。要掌握这种方法，应该做到以下两点：

① 分析零件的工作条件和使用要求：用类比法选择配合种类时，要先根据工作条件要求确定配合类别。若工作时相配孔、轴有相对运动，或虽无相对运动却要求装拆方便，则应选用间隙配合；主要靠过盈来保证相对静止或传递负荷的相配孔、轴，应该选用过盈配合；若相配孔、轴既要求对准中心（同轴），又要求装拆方便，则应选用过渡配合。配合类别确定后，再进一步选择配合的松紧。

② 了解各配合的特性与应用：基准制选定后，配合的松紧程度的选择就是选取非基准件的基本偏差代号。为此，必须了解各基本偏差代号的配合特性。

1.4.3 公差与配合的标注

1.零件图中的标注形式

在零件图中的标注形式有三种：标注基本尺寸及上、下偏差值（常用方法），或既注公差带代号又注上、下偏差，或只注公差带代号，如图1-16所示。

2.在装配图中配合尺寸的标注

在装配图中标注时，应在基本尺寸右边注出孔和轴的配合代号。