什麼是配合公差?產品設計不可不知的配合公差!

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在《什麼是公差?公差標註基本介紹!》這篇文章中曾與各位介紹公差的基本概念,而公差又可粗略分為三大類,分別是尺寸公差、幾合公差、配合公差,今天就來與各位聊聊配合公差!

零件配合種類

聊聊配合公差前,我們要先知道零件間配合的關係。一項產品包含許多零件,零件間的組裝配合必定是產品成敗關鍵,若是處理不當,可能會導致零件無法組裝,而零件間的配合可大致分成底下三種類型:

  1. 餘隙配合(clearance fit)
  2. 干涉配合,又稱為過盈配合(interference fit)
  3. 過渡配合(Transition fit)

零件配合種類
圖1 零件配合種類: (a) 餘隙配合 (b)干涉配合 (c)過渡配合[1]
餘隙配合指的是配合零件間組裝後仍有間隙,從圖1(a)可知軸與孔雖然都有各自的公差帶(即尺寸變動範圍),但孔的最小尺寸扣除軸的最大尺寸依然保有間隙,此配合關係稱為餘隙配合。

而干涉配合與餘隙配合相反,孔的最大尺寸扣除軸的最小尺寸依然會有零件干涉的狀況,此配合關係稱為干涉配合。至於過渡配合則是介於餘隙配合與干涉配合的狀態,根據不同公差帶範圍,過渡配合可能是餘隙配合或是干涉配合。

那餘隙配合與過渡配合分別用在什麼場合呢?

由於零件間保有空隙,餘隙配合允許零件間的相對運動,像是旋轉運動或是直線運動;而干涉配合則是用來確保零件間的固定關係,透過組裝產生的壓縮變形量,使兩零件緊密結合。

那麼我們該怎麼決定零件間的空隙尺寸以確保平順的相對運動呢?又該如何決定兩零件間的干涉量以確保零件固定呢?為了解決這個問題,才有了配合公差這項技術!

配合公差基本介紹

配合公差指的是基本尺寸相同的兩個零件之間的間隙變動量,變動量大於0代表餘隙配合,反之則是過盈配合,該間隙變動量可由軸的公差帶與孔的公差帶決定,底下我們用H7g6這個例子來為各位說明配合公差。

配合公差符號

從前段描述可知配合公差由軸孔公差帶決定,因此不難想到配合公差的符號包含軸孔的公差帶描述。以H7g6這個例子來講,H7用來描述孔的公差帶,g6則是軸的公差帶,字母與數字分別代表公差範圍與公差等級

配合公差符號說明
圖2 配合公差符號說明

公差等級用來界定不同零件尺寸下的公差範圍,以CNS標準來看,可分成IT01、IT0、IT1……IT17、IT18共20個等級,其中IT01對應的公差範圍最小,以公差等級IT01加工出來的零件最為精密,IT18則反之,圖3為CNS配合公差表。

CNS公差等級表
圖3 CNS公差等級表

看到這兒,你可能會想說既然公差等級表已經用來決定公差範圍大小,那為什麼還需要公差範圍符號呢?其用意是用來指定公差帶的位置,如圖4所示。

從圖4可以看到字母大小寫分別代表孔的公差位置與軸的公差位置,相對於基準尺寸(Basic size),從A到ZC共有28個對應位置。公差範圍符號可以決定公差帶相對於基準的位置,分成正偏差或負偏差,決定公差帶的偏差位置後,再以公差等級描述公差範圍的大小。

  • 公差範圍符號:指定公差帶偏差位置,決定公差帶為正偏差或負偏差
  • 公差等級:指定公差帶範圍大小,決定公差精密程度

公差符號對應的公差帶位置
圖4 公差符號對應的公差帶位置[2]
現在我們再回過頭來看看H7g6這個例子,並假設軸孔的基準尺寸為30mm。H7的開頭字母為大寫,代表此配合公差用來描述孔的公差帶,H代表該公差係以基準尺寸為原點的正偏差。7則是公差等級,從CNS公差等級表可知基準尺寸30mm對應的公差上下限為0.0021mm以內,由於H代表以基準尺寸為原點的正偏差,故H7公差為+0mm ~ + 0.0021mm。

g6字母為小寫,代表此配合公差用來描述軸的公差帶,g代表該公差以小於基準尺寸-0.007mm為原點,從CNS公差等級表可知基準尺寸30mm對應的公差範圍為0.0013mm。因此g6公差為-0.007mm ~ -0.020mm。

而H7g6這個配合公差為常用的餘隙配合,通常應用在精密運動的場合,H7搭配r6或p6則是過盈配合,需要壓入才能組裝零件。至於什麼情況下該套用什麼配合公差,可參閱參考資料3。

基孔制與基軸制

最後我們來聊聊基孔制與基軸制,基孔制顧名思義是以孔為基準的方法,孔的公差固定不變,以調整軸公差來達到調整兩者餘隙量的設計方式,而基軸制則相反。像是前段提及的H7g6、H7r6與H7p6這個組合即為基孔制。而一般實務上因基孔制具有成本優勢且加工方便,故較常使用基孔制。

主廚結語

本次與各位介紹常見公差中的配合公差,而配合公差也是在設計實務上經常運用的觀念,優良的配合公差不僅可以達到產品該有的功能,還能同時兼顧製造上的成本。如果對這方面資訊感興趣的話,可以按讚追蹤科技雞湯Facebook,以獲得最新消息!

參考資料

  1. Engineering Learn, 3 Types of Fits: Clearance Fit, Interference Fit, Transition Fit
  2. Coban Engineer, Fundamental Deviations Letter For Hole and Shaft Basis.
  3. MISUMI,常用配合度的尺寸公差

 

 

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