公差和配合标准化详解

1.互换性

在日常生活中，如果汽车的零件坏了，买个新的换上即可使用，这是因为这些零件具有互换性。所谓零件的互换性，就是从一批相同的零件中任取一件，不经修配就能装配使用，并能保证使用性能要求。零件具有互换性，不但给装配、修理机器带来方便，还可用专用设备生产，提高产品数量和质量，同时降低产品的成本。要满足零件的互换性，就要求有配合关系的尺寸在一个允许的范围内变动，并且在制造上又是经济合理的。公差配合制度是实现互换性的重要基础。

2.公差的基本术语和定义

在加工过程中，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，规定出加工尺寸的可变动量。这种规定的实际尺寸允许的变动量称为公差。下面以图8-27 为例来说明公差的有关术语。

（1）基本尺寸，指根据零件强度、结构和工艺性要求，设计确定的尺寸。

（2）实际尺寸，指通过测量所得到的尺寸。

图8-27　公差与配合示意图

（3）极限尺寸，指允许尺寸变化的两个界限值，它以基本尺寸为基数来确定。两个界限值中较大的一个称为最大极限尺寸；较小的一个称为最小极限尺寸。

（4）尺寸偏差（简称偏差），指某一尺寸减其相应的基本尺寸所得的代数差。尺寸偏差有：

上、下偏差统称极限偏差。上、下偏差可以是正值、负值或0。国家标准规定：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。

（5）尺寸公差（简称公差），指允许实际尺寸的变动量。

因为最大极限尺寸总是大于最小极限尺寸，所以尺寸公差一定为正值。

例如：某一孔的尺寸为φ30 ± 0.10，那么它的基本尺寸=φ30，最大极限尺寸=φ30.010，最小极限尺寸=φ29.990。

如果实际尺寸在φ30.010 与φ29.990 之间，即为合格。

（6）零线、公差带和公差带图。如图8-28 所示，零线是在公差带图中用以确定偏差的一条基准线，即零偏差线。通常零线表示基本尺寸。在零线左端标上“0”“ +”“-”号，零线上方偏差为正；零线下方偏差为负。公差带是由代表上、下偏差的两条直线所限定的一个区域，公差带的区域宽度和位置是构成公差带的两个要素。为了简便地说明上述术语及其相互关系，在实用中一般以公差带图表示。公差带图是以放大图形式画出方框的，注出零线，方框宽度表示公差公差值大小，方框的左右长度可根据需要任意确定。为了区别，一般用斜线表示孔的公差带，用点表示轴的公差带。

3.标准公差和基本偏差

1）标准公差

标准公差是国家标准所规定的用以确定公差带大小的任一公差。标准公差等级用以确定尺寸精确程度。标准公差分20 个等级，即IT01、IT0、IT1 ～IT18，IT 表示标准公差，阿拉伯数字表示标准公差等级。其中IT01 级最高，IT18 级最低，等级依次降低。对于一定的基本尺寸，标准公差等级越高，标准公差值越小，尺寸的精确程度越高。国家标准将500 mm以内的基本尺寸范围分成13 段，按不同的标准公差等级列出了各段基本尺寸的标准公差值，如表8-4 所示。

图8-28　公差带图

表8-4　标准公差数值（摘自GB/T 1800.1—2009）

2）基本偏差

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。如图8-29所示，当公差带位于零线上方时，其基本偏差为下偏差，当公差带位于零线下方时，其基本偏差为上偏差。

国家标准对孔和轴分别规定了28 种基本偏差，孔的基本偏差用大写的拉丁字母表示，轴的基本偏差用小写的拉丁字母表示，如图8-30 所示。

从图8-30 中可以看出，孔的基本偏差中A ～H 为下偏差，J ～ZC 为上偏差；轴的基本偏差中a ～h 为上偏差，j ～zc 为下偏差；JS 和js 没有基本偏差，其上、下偏差关于零线对称，分别是+IT/2、-IT/2。图8-30 只表示公差带的位置，不表示公差带的大小，公差带开口的一端由标准公差确定。

当基本偏差和标准公差等级确定以后，孔和轴的公差带大小和位置及配合类别随之确定。基本偏差和标准公差的计算式如下：

图8-29　基本偏差示意图

图8-30　基本偏差系列示意图

3）公差带代号

孔和轴的公差带代号由基本偏差代号和表示公差等级的数字组成。如：

（1）φ50H8，H8 为孔的公差带代号，由孔的基本偏差代号H 和公差等级代号8 组成；

（2）φ50f7，f7 为轴的公差带代号，由轴的基本偏差代号f 和公差等级代号7 组成。

4.配合的基本概念和种类

在机器装配过程中，基本尺寸相同的、相互配合在一起的孔和轴公差带之间的关系称为配合。由于孔和轴的实际尺寸不同，装配后可能产生“间隙”和“过盈”。在孔与轴的配合中，孔的尺寸减去轴的尺寸所得的代数差为正值时称间隙，为负值时称过盈。

配合按其出现的间隙和过盈不同，分为3 类。

（1）间隙配合：孔的公差带在轴的公差带之上，任取一对孔和轴相配合都产生间隙（包括最小间隙为0）的配合，称为间隙配合，如图8-31（a）所示。

（2）过盈配合：孔的公差带在轴的公差带之下，任取一对孔和轴相配合都产生过盈（包括最小过盈为0）的配合，称为过盈配合，如图8-31（b）所示。

（3）过渡配合：孔的公差带与轴的公差带相互重叠，任取一对孔和轴相配合，可能产生间隙，也可能产生过盈的配合，称为过渡配合，如图8-31（c）所示。

5.配合制度(www.xing528.com)

当基本尺寸确定后，如果孔和轴的极限偏差都任意变动，将不便于设计和加工。因此，国家标准规定了基准制，包括基孔制和基轴制两种配合制度。

（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。基孔制配合的孔称为基准孔，其基本偏差代号为“H”，下偏差为0，即它的最小极限尺寸等于基本尺寸。图8-32 所示为采用基孔制配合时所得到的各种配合。

图8-31　配合类型

（a）间隙配合；（b）过盈配合；（c）过渡配合

图8-32　基孔制配合示意图

在基孔制中，基准孔H 与轴配合，a ～h（共11 种）用于间隙配合；j ～n（共5 种）主要用于过渡配合；p ～zc（共12 种）主要用于过盈配合。

（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。基轴制配合的轴称为基准轴，其基本偏差代号为“h”，上偏差为0，即它的最大极限尺寸等于基本尺寸。图8-33 所示为采用基轴制配合所得到的各种配合。

在基轴制中，基准轴h 与孔配合，A ～H（共11 种）用于间隙配合；J ～N（共5 种）主要用于过渡配合；P ～ZC（共12 种）主要用于过盈配合。

6.极限与配合的选用

极限与配合的选用包括基准制、配合类别和公差等级3 种内容。

（1）优先选用基孔制可以减少定制刀具、量具的规格数量。只有在具有明显经济效益和不适宜采用基孔制的场合，才采用基轴制。

在零件与标准件配合时，应按标准件所用的基准制来确定配合制度。如滚动轴承内圈与轴的配合采用基孔制；滚动轴承外圈与轴承座的配合采用基轴制。

（2）配合的选用：国家标准中规定了优先选用、常用和一般用途的孔、公差带，应根据配合特性和使用功能，尽量选用优先和常用配合，具体如表8-5、表8-6 所示。

图8-33　基轴制配合示意图

表8-5　基孔制优先、常用配合

注：（1）、在公称尺寸小于或等于3 mm 和在小于或等于100 mm 时，为过渡配合。
（2）标注◤的配合为优先配合。

表8-6　基轴制优先、常用配合

注：标注◤的配合为优先配合。

当零件之间具有相对转动或移动时，必须选择间隙配合；当零件之间无键、销等紧固件，只依靠结合面之间的过盈实现传动时，必须选择过盈配合；当零件之间不要求有相对运动，同轴度要求较高，且不是依靠该配合传递动力时，通常选用过渡配合。

（3）公差等级即标准公差等级，相关内容前文已有介绍，此处不赘述。

7.公差与配合的标注

1）公差在零件图中的标注

在零件图中标注的公差带代号有3 种形式，如图8-34 所示。

（1）标注公差带代号，如图8-34（a）所示。这种注法适用于大量生产的零件，采用专用量具检验零件。

（2）标注极限偏差数值，如图8-34（b）所示。这种注法适用于单件、小批量生产的零件：上偏差注在基本尺寸的右上方，下偏差注在基本尺寸的右下方，极限偏差数字比基本尺寸数字小一号，小数点前的整数对齐，后面的小数位数应相同。

（3）同时标注公差带代号与极限偏差，如图8-34（c）所示。这种注法适用于产品转产频繁的生产中。

图8-34　零件图中公差的标注

2）公差在装配图中的标注

在装配图中标注配合代号时，配合代号用分数形式表示，分子为轴的公差带代号，分母为孔的公差带代号。配合代号也有3 种形式，如图8-35 所示。

（1）标注孔和轴的配合代号，如图8-35（a）所示。这种注法应用最多。

（2）当需要标注孔和轴的极限偏差时，孔的基本尺寸和极限偏差注在尺寸线上方，轴的基本尺寸和极限偏差注在尺寸线下方，如图8-35（b）、（c）所示。

（3）零件与标准件或外购件配合时，在装配图中可以只标注该零件的公差带代号，如图8-35（d）所示。

图8-35　装配图中配合代号的标注

8.形位公差简介

零件的实际形状、位置对理想形状、位置的允许变动量叫形状和位置公差，简称形位公差。各项形位公差的名称和符号详见表8-7。

表8-7　形位公差的符号和名称

图8-36 为形位公差标注示例。

图8-36　形位公差标注示例