选择配合主要是为了解决结合零件孔与轴在工作时的相互关系,即根据使用要求确定允许的间隙或过盈的变化范围,并由此确定孔和轴的公差带,以保证机器正常工作。
基准制和公差等级的选择,确定了基准孔或基准轴的公差带,以及相应的非基准轴或非基准孔公差带的大小,因此选择配合种类就是确定非基准轴或非基准孔公差带的位置,也就是选择非基准轴或非基准孔的基本偏差代号。
在设计中,根据使用要求,应尽可能地选用国家标准推荐的优先配合和常用配合。如果优先配合和常用配合不能满足要求,则可选国家标准中推荐的一般用途的孔、轴公差带按需要组成配合。若仍不能满足使用要求,则可从国家标准所提供的孔、轴公差带中选取合适的公差带,组成所需要的配合。
选择配合时,确定间隙或过盈的方法有计算法、试验法和类比法三种。
计算法是根据一定的理论和公式,计算出所需的间隙或过盈,然后对照国家标准选择适当配合的方法。由于影响配合间隙或过盈的因素较多,孔与轴结合的实际情况较复杂,一般来说,理论的计算是近似的,只能作为重要的参考依据,应用时还要根据实际工作条件进行必要的修正,并了解各种配合的应用实例,然后根据具体要求选择配合种类。
各种基本偏差在具体选用时参考表2-14,并尽量按表2-15所推荐的优先配合选用。
表2-14 各种基本偏差的应用实例
续表
表2-15 优先配合选用说明
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选择配合种类时还应考虑的主要因素:
1.孔、轴间是否有相对运动
相互配合的孔、轴间有相对运动,必须选取间隙配合;无相对运动且传递载荷(转矩和轴向力)时,则选取过盈配合,有时也可选取过渡配合和间隙配合,但必须加键、销等连接件。
2.过盈配合中的受载情况
用过盈来传递扭矩时,传递扭矩越大,所选取的过盈量也应越大。
3.孔和轴的定心精度要求
相互配合的孔、轴定心精度要求高时,不宜用间隙配合,多用过渡配合。过盈配合也能保证定心精度。
4.孔和轴的拆装情况
经常拆装零件的孔与轴的配合要比不常拆装零件的配合松些,如皮带轮与轴的配合,滚齿机、车床等的交换齿轮与轴的配合。有时零件虽不经常拆装,但若拆装困难,也要选取较松些的配合。
5.孔和轴工作时的温度
如果相互配合的孔、轴工作与装配时的温度差别较大,则选择配合时要考虑到热变形的影响。现以铝活塞与气缸钢套孔的配合为例加以说明,设配合的公称尺寸D为110mm,活塞的工作温度t1为180℃,线膨胀系数α1为24×10-6/℃;钢套的工作温度t2为110℃,线膨胀系数α2为12×10-6/℃。要求工作时的间隙为+0.1~+0.28mm,装配时的温度t为20℃,这时活塞与钢套孔的配合种类可如下确定。
有热变形引起的钢套孔与活塞间的间隙变化量为
ΔX=D[α2(t2-t)-α1(t1-t)]
=110×[12×10-6(110-20)-24×10-6(180-20)]mm
=-0.304mm
即工作时将把间隙减小0.304mm。因此,装配时必须满足最小间隙Xmin=(0.1+0.304)mm=0.404mm,最大间隙 Xmax=(0.28+0.304)mm=0.584mm,才能保证工作间隙为+0.1~+0.28mm。所以在实际设计工作中,应该按+0.304~+0.584mm来进行设计。
图2-31 具有装配变形的结构
6.装配变形
在机械结构中,经常遇到薄壁套筒装配变形的问题。如图2-31所示,套筒外表面与机座孔的配合为过盈配合φ80H7/u6,套筒内孔与轴的配合为间隙配合 φ60H7/f7。由于套筒外表面与机座孔的装配会产生过盈,当套筒压入机座孔后,套筒内孔会收缩,使孔径变小,因此不能满足使用要求。
在选择套筒内孔与轴的配合时,此变形量应给予考虑。具体办法有两个:其一是将内孔做大些,以补偿装配变形;其二是用工艺措施来保证,将套筒压入机座孔后,再按φ60H7加工套筒内孔。
7.生产类型
选择配合时,应考虑到生产类型(批量)的影响。在大批大量生产时,多用调整法加工,加工后尺寸通常按正态规律分布;单件小批生产,多用试切法加工,孔加工后尺寸多偏向最小极限尺寸,轴加工后多偏向最大极限尺寸。如图2-32所示,设计时给定孔与轴的配合为φ50H7/js6,大批大量生产时,孔和轴装配后形成间隙的概率较大,其平均间隙 Xav=+12.5μm;单件小批生产时,则形成过盈的概率较大,平均间隙比12.5μm小得多,就不能满足原设计要求。因此,在选择配合时,为满足同一使用要求,单件小批生产时采用的配合应比大批大量生产时松些。在图2-31的示例中,为了满足大批大量生产时φ50H7/js6的要求,单件小批生产时应选择φ50H7/h6。
图2-32 生产类型对配合选择的影响(www.daowen.com)
(a)调整法加工的尺寸分布;(b)试切法加工的尺寸分布
选择配合时,应根据零件的工作条件,综合考虑以上这些因素的影响。当工作条件变化时,可参考表2-16对配合的间隙或过盈的大小进行调整。
表2-16 工作情况对过盈和间隙的影响
例2-7 设孔、轴配合的公称尺寸为30mm,要求间隙在0.020~0.055mm,试确定孔与轴的公差等级和配合种类。
解:(1)选择基准制。本例没有特殊要求,应选用基孔制,因此基准孔EI=0。
(2)选择公差等级。根据使用要求,由式(2-18)和式(2-21)得
Tf=Th+Ts=Xmax-Xmin=[(+55)-(+20)]μm=35μm
取Th=Ts=Tf/2=17.5μm。从表2-3查得:孔和轴的公差等级介于IT6和IT7之间。因为IT6和IT7属于高的公差等级,所以孔和轴应选取不同的公差等级:孔为IT7,Th=21μm;轴为IT6,Ts=13μm。这样,得出孔的公差带为H7。
选取的孔和轴的配合公差为34μm,小于Tf,故满足使用要求。
(3)选择配合种类。根据使用要求,本例为间隙配合。由式(2-10)知:Xmin=EI-es,而EI=0,故 es=-Xmin=-20μm,此数值为轴的基本偏差数值,从表2-5查得轴的基本偏差代号为f,因此确定轴的公差带为f6。根据查表数值,画出公差带图,如图2-33所示。
(4)验算计算结果。φ30H7/f6的最大间隙为+54μm,最小间隙为+20μm,它们分别小于要求的最大间隙+55μm和最小间隙+20μm,因此,设计结果满足使用要求。
所以最后的配合为φ30H7/f6。
图 2-33 φ30H7/f6公差带图
例2-8 试分析确定图2-34所示C616型车床尾座有关部位的配合。
解:尾座在车床上的作用是与主轴顶尖共同支持工件,承受切削力。尾座工作时,转动手柄11,通过偏心机构将尾座夹紧在床身上,再转动手轮9,通过丝杠5、螺母6,使套筒3带动顶尖1向前移动,顶住工件。最后转动手柄21,使夹紧套20靠摩擦夹住套筒,从而使顶尖的位置固定。
图2-34 C616型车床尾座装配图
1—顶尖;2—尾座体;3—套筒;4—定位块;5—丝杠;6—螺母;7—挡油圈;8—后盖;9—手轮;10—偏心轴;11,21—手柄;12—拉紧螺钉;13—滑座;14—杠杆;15—圆柱;16,17,18—压块;19—螺钉;20—夹紧套
尾座部件有关部位的配合的分析和选用如下:
(1)套筒3外圆柱面与尾座体2孔的配合选用φ60H6/h5。这是因为套筒在调整时要在孔中滑动,需要有间隙,但在工作时要保证顶尖高的精度,又不能有间隙,故只能采用精度高而间隙小的间隙配合。
(2)套筒3内孔与螺母零件6外圆柱面的配合选用φ30H7/h6。螺母零件装入套筒,靠圆柱面来径向定位,再用螺钉固定。为了装配方便,不应有过盈,但也不允许间隙过大,以免螺母在套筒中偏心,影响丝杠移动的灵活性。
(3)套筒3上长槽与定位块4侧面的配合选用12D10/h9。定位块的宽度按键标准取h9,考虑长槽与套筒轴线有歪斜,故取较松配合。
(4)定位块4圆柱面与尾座体2孔的配合选用φ10H9/h8。此配合易装配,且可略微转动,以修正定位块安装时的位置误差。
(5)丝杠5轴径与后盖8内孔的配合选用φ20H7/g6。丝杠可在后盖孔中转动。
(6)挡油圈7孔与丝杠5轴颈的配合选用φ20H11/g6。由于丝杠轴颈较长,为了使挡油圈易于套上轴颈,用间隙配合,又由于无定心要求,故挡油圈内孔的精度可取低些。
(7)后盖8凸肩与尾座体2孔的配合选用φ60H6/js6。此配合面较短,虽然整个尾座孔按H6加工,但孔口易做成喇叭口,实际配合是有间隙的。装配时,此间隙可使后盖窜动,以补偿偏心误差,使丝杠轴能够灵活转动。
(8)手轮9孔与丝杠5轴端的配合选用φ18H7/js6。手轮通过半圆键带动丝杠一起转动。选此配合是考虑装拆的方便并避免手轮在轴端上晃动。
(9)手柄11轴与手轮9小孔的配合选用φ10H7/k6。这是考虑到这种装配是永久性的,可采用过盈配合,又考虑到手轮是铸件,故不能取过大的过盈。
(10)手柄11孔与偏心轴10的配合选用φ19H7/h6。手柄通过销转动偏心轴。装配时销与偏心轴配作。配作前,要调整手柄处于紧固位置,偏心轴也处于偏心向上位置,因此配合不能有过盈。
(11)偏心轴10两轴颈与尾座体2上两支承孔的配合分别选用φ35H8/d7和φ18H8/d7。配合要使偏心轴能在支承孔中转动。考虑偏心轴两轴颈和尾座体两支承孔可能分别产生同轴度误差,故采用间隙较大的间隙配合。
(12)偏心轴10偏心圆柱面与拉紧螺钉12孔的配合选用φ26H8/d7。考虑装配方便,没有其他要求,故用大间隙配合。
(13)压块16圆柱销与杠杆14孔的配合选用φ10H7/js6。压块17圆柱销与压板18孔的配合选用φ18H7/js6。此处配合无特殊要求,只要求压块装上后掉不下来,以便于总装。
(14)杠杆14孔与螺钉19孔同时与一标准圆销配合。该圆销标准中规定圆销为φ16h6。圆销与杠杆孔配合需紧些,取φ16H7/h6,而圆销螺钉孔配合需松些,取φ16D8/h6。
(15)圆柱15与滑座13孔的配合选用φ32H7/h6。圆柱用锤打入孔中,在横向推力作用下不松动。必要时要将圆柱在孔中转位,故采用偏紧的过渡配合。
(16)夹紧套20外圆柱面与尾座体2横孔的配合选用φ32H8/e7。此配合间隙较大,当手柄21放松后,夹紧套易于退出,便于套筒3移动。
(17)手柄21孔与收紧螺钉轴的配合选用φ16H7/h7,装配方便,用半圆键带动轴转动。
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