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公差配合在非标设备设计制造的应用

摘要:非标设备作为自动化生产的重要组成部分越来越受到企业的关注,使非标设备设计制造行业近十年获得了极大发展,非标设备的竞争力除了先进的电气自动化控制技术外,其竞争力主要取决于设备本身的机械设计制造质量。设备本身的尺寸误差以及累积误差问题是影响设备质量的主要问题,本文通过介绍公差与配合的基本概念,指出公差配合与非标设备设计制造的关系,并根据实际设计,介绍非标设备设计制造中公差配合的实际应用。

关键词:公差配合;非标设备;互换性;基准制;应用

非标设备通常是指按照企业实际用途需要和自身发展需要而设计制造的具有某些特定用途的机器设备。非标设备大多是单件或小批量生产,不存在试制样品机器参照,要求设计人员尽量做到一次成功。设计时必须充分考虑组成机器的机械零、部件之间的关系,合理确定机器零、部件几何参数(尺寸、几何误差及表面粗糙度等)的公差与配合,保证互换性,这样有利于在制造中简化制造工艺过程提高生产率、保证装配精度又降低成本,还有利于机器设备的使用和维护。

1公差与配合的基本概念

1.1公差。允许零件几何参数(尺寸、几何误差及表面粗糙度等)的变动量就称为公差,可以具体分为尺寸公差、几何公差和表面粗造度,公差反映尺寸制造精度,公差值越小,精度越高,制造越困难。①尺寸公差,国标将标准公差等级分为20级:IT01,IT0,IT1,IT2……IT18,其中经常使用的高精度等级有IT5,IT6,IT7,中等精度等级IT8,常使用的低精度等级有IT9,IT10,IT11,IT12。②几何公差分形状公差、方向公差、位置公差和跳动公差,国标规定对于几何公差项目除线轮廓、面轮廓和位置度外,其余均规定了公差等级,把圆度和圆柱度划分为13个等级,从0~12级,其余公差项目划分为12级,从1~12级,精度等级依次降低12级最低。③表面粗造度与尺寸和几何公差应协调,通常尺寸公差和几何公差小,表面粗糙度值也要小。公差等级的选用一般在满足使用条件的情况下选用较低的公差等级,选择公差等级时还应注意相关件和相配合零件的精度。例如,与齿轮配合的轴的公差等级取决于相关件齿轮的精度。1.2配合。公称尺寸相同的、相互结合的孔和轴公差带之间的关系称为配合,根据孔、轴公差带相对位置关系不同配合类别分为间隙配合、过盈配合、过渡配合。配合公差为组成配合的孔、轴公差之和,它是允许间隙或过盈的变动量,配合公差值大小反映配合的精确程度。在机械设计中选用哪类配合应根据具体使用要求来确定,如孔、轴有相对运动(运动或转动)要求时,必须选择间隙配合;当孔、轴无相对运动时,应根据具体条件确定配合类型。确定配合类型后应尽可能地选用优先配合,其次是常用配合,再次是一般配合。

2非标设备设计制造中公差配合的应用

2.1公差配合与非标设备设计制造的关系。机械产品都是由零件装配而成的,而产品的精度的高低及性能的优劣在很大程度上是由零件的几何精度决定的。几何精度包括零件的几何尺寸、几何要素的形状、位置精度及其装配之后的相互的关系。任何一个零件的几何要素在加工过程中都不可避免地产生误差,但实践证明,只要这些误差不超过允许的公差范围,就可以保证产品的正常使用。公差的大小反映了零件几何参数的使用要求,反映了组成机器的机械零、部件之间的关系。设计的基本原则是在满足使用条件的前提下,获得最佳的技术精度和经济效益。设计时零、部件结构尺寸尽量采用标准公差,不要人为提高零件加工精度,避免累积误差太多超出使用要求。合理选用公差与配合就是对几何精度进行设计,它是机械设计与制造中的一项重要工作,对提高产品的性能、质量以及降级成本都有重要影响。2.2零部件配合基准制的选择。选择配合基准制时,应从设备结构、制造工艺及经济性几方面综合考虑,①优先选用基孔制,加工孔比加工轴要困难些,而且采用的刀、量具的尺寸规格也多些,采用基孔制可大大缩减定值刀、量具的规格和数量,利于生产提高经济性。②在某些具体情况下,宜采用基轴制,比如当采用具有一定公差等级的冷拉钢材,其外径不经切削加工即能满足使用要求,此时应选择基轴制,再按配合要求选用适当的孔公差加工孔就可以了。③与标准件配合时,应以标准件为基准件来确定配合。例如,在与滚动轴承内圈配合的轴应选用基孔制,而与滚动轴承外圈外径相配合的外壳孔选用基轴制。2.3单件或小批量零件公差配合选择与互换性。非标设备大部分零件一般是单件或小批量生产,在设计制造时公差配合的选择要考虑零件的互换性。互换性按其互换程度分为完全互换与不完全互换。一般大批量生产零件大都采用完全互换法生产,非标设备中的单件或小批量生产则常采用不完全互换法中的修配法或调整法生产。以设计粉末磁芯全自动倒角机齿轮箱部件(图1)中转轴与齿轮配合为例说明,因转轴还需外接倒角机构,致使转轴转动后会有转轴与齿轮、转轴与轴承内圈及转轴与倒角机构三个主要相对运动存在,从而影响转动平稳性,以及增大机构运行时的振动性。所以设计转轴准12与齿轮装公差配合在非标设备设计制造中的应用李春凤(肇庆市科技中等职业学校,肇庆526020)摘要:非标设备作为自动化生产的重要组成部分越来越受到企业的关注,使非标设备设计制造行业近十年获得了极大发展,非标配时选用准12H7/k6公差配合,此过渡配合一般用木锤装配,能达到良好的定位配合和消除振动作用。配合准12H7/k6最大间隙为0.017mm,最大过盈为0.012mm,转轴准12直径较小不适合过盈量太大,且为小批量生产零件,在生产过程可采用修配或调整法装配,以达到消除振动作用的少有过盈定位配合要求,保证转轴与齿轮的装配精度。设计制造时应特别引起注意,尽量根据国家标准采用标准尺寸,用优先数系设计,便于分析参数间的关系,减少设计计算工作量。2.4非标设备设计制造中公差配合的应用实例。(如图1)齿轮箱由8个齿轮装配而成,电动机通过联轴器连接主动轴转动带动8个齿轮转动,每根转轴外接倒角机构,设备可一次性对8个粉末磁芯内外圈进行自动倒角。如图1所示,现在对此齿轮箱部件进行公差配合应用分析:①基准制的选用:轴承、齿轮和平键使用由专业工厂在制造时其配合部位的配合制已确定的标准件,转轴和轴承内圈以及转轴和齿轮的配合选用基孔制,转轴与平键的配合以及轴承外圈和外壳孔的配合选用基轴制,转轴与卡簧的配合可选择非基准制配合。②公差配合的选用:本例齿轮箱转轴和齿轮间的配合选用过渡配合,在公差的选择上要根据所受载荷大小选用合适的公差,受载荷较大的情况下可选H7/n7,H7/p6,受载荷较轻情况下可选H8/k7,H7/k6,本例子转轴受载荷为轻载荷选H7/k6;转轴与轴承内圈配合,仅仅需要标出转轴的公差,选择使用的是h5;轴承外圈与壳孔的配合,仅仅需要标出壳孔的公差,选择使用的是H7;平键与转轴的配合选用h9/N9。③齿轮装配中心距B1~B7尺寸公差配合选择:由图1结构分析,转动齿轮必需采用间隙配合,要保证齿轮转动平稳性,要求每组齿轮配合间隙不能相差过大,为避免尺寸B1~B7几何误差以及累积误差问题影响齿轮装配质量,设计时可采用尺寸链设计计算中的等精度法来具体分配各中心距公差,就是尺寸B1~B7公差等级相同,使制造容易,同时可得到较好的齿轮装配精度。

3结语

合理选用公差配合就是对尺寸精度进行设计,它是非标设备机械设计与制造中的一项重要工作,对提高设备的性能、质量以及降低成本都有重要影响。要正确地选择公差配合设计原则,既要深入掌握公差与配合的国家标准,又要对所设计设备的工作方式、技术要求、工作条件以及生产制造工艺过程进行全面分析,同时还要通过生产实践不断积累经验,这样才能逐步提高这方面的能力。

参考文献:

[1]陆亦工.公差配合与测量技术[M].二版.中国传媒大学出版社,2015.

[2]易忠奇.机械产品制造中公差配合的选用[J].工艺与装备,2015(04).

[3]赵丹.公差配合在机械设计与机械制造中的应用研究[J].科技展望,2016(23).

作者:李春凤 单位:肇庆市科技中等职业学校

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