第十一章 公差與配合 精度標準化
前言 : 精度標準化起源 互換 為使製品標準化, 保持零件的互換性, 達到大量生產的目的, 於是制定公差與配合的通用規範, 即精度標準化 前述中所稱的 互換性 是指凡組成產品的各項零件, 經既定的某一範圍內, 作必要的加工後, 即能用來裝配, 不須另作裝修加工 ; 同時, 當其自某一機械卸下, 換裝至另一同型機械時, 無須再作裝修加工, 而換裝後也可以獲得同等的功能與效用 其中, 製造方法稱為 互換製造, 製成的零件稱為 互換零件, 互換零件所具的交換性質, 稱為 互換
前言 : 精度與公差 使零件達到預期機能所需的精確程度, 稱為精度 隨著工業技術水準的提高, 以及大量生產模式所需, 不論是設計者 裝配者或使用者均對機件精度的要求逐漸嚴格, 因此在設計圖上各部分尺寸必須明確標示出公差, 讓製造者 檢驗者得以依據工作圖了解設計者所指定的合格尺寸的範圍 由於機件的製作要能達到完全正確的尺寸 ( 例如說要達到 50mm), 是極為困難的! 即便能作出來, 也是 不小心 作到的! 因此因此, 設計者在設計的時候, 必須要有一個概念, 那就是必須考慮機件在實際製作時, 可能因為製造方法 操作者的技術 製造機件的機器性能, 以及製造成本等因素, 而容許機件尺寸落在兩個極限內 前述所稱的兩個極限尺寸差的絕對值, 就稱為 公差! 公差 越小表示機件被要求的性能越高 品質越好, 相對的, 其所需成本也就越高!
前言 : 配合 任一產品是由至少兩個以上的零件組合而成, 因此, 每兩個互相配合的零件裝配後的鬆緊程度, 稱為 配合 配合 是指相配合的零件在各種公差組合情況下, 所得的緊度範圍
名詞解釋 ( 一 ) 公稱尺度 (Nominal Size): 乃單位數字之標示, 用以表示角度或長度之數值 稱為標稱尺度 實際尺度 (Actual Size): 即零件經由測量而得之數值 基本尺度 (Basic Size): 係決定尺寸極限之基準或參考尺寸 極限尺度 (Limit Size): 此為尺寸大小之界限, 零件可允許之最大與最小尺寸, 其實際尺寸必須在這兩者之間 最大極限尺度 : 兩極限尺度中較大的尺度 最小極限尺度 : 兩極限尺度中較小的尺度
名詞解釋 ( 二 ) 公差公差 (Tolerance): 為最大極限尺寸與最小極限尺寸之差, 即零件尺寸所允許之差異 公差區域 : 又稱為公差帶, 代表公差極限的兩條直線間地面積, 或兩條直線間的距離, 即公差的大小 偏差偏差 : 極限尺度或實際尺度與基本尺度間的差 上偏差 : 最大極限尺度與基本尺度間的差 下偏差 : 最小極限尺度與基本尺度間的差 實際偏差 : 實際尺度與基本尺度間的差
名詞解釋 ( 三 ) 基礎偏差 : 接近基本尺度的極限尺度與基本尺度間的差 孔 : 公差制度中表示零件的內部尺度, 包括非圓孔的零件 軸 : 公差制度中表示零件的外部尺度, 包括非圓柱的零件 上偏差 : 最大極限尺度與基本尺度間的差 下偏差 : 最小極限尺度與基本尺度間的差 實際偏差 : 實際尺度與基本尺度間的差
標準公差 : 公差等級 我國標準公差係用國際標準公差, 國際標準公差是按精度高低分級, 亦即同一公稱尺度上按公差大小分級, 稱為公差等級 級數越小者, 其公差區域越小, 即精度越高 ; 反之反之, 公差區域越大, 精度越低 公差等級共分為 IT01 IT01 IT0 IT0 IT1 IT1 IT2 IT2.IT17 IT18 IT18 等二十級 級 IT2 IT2 至 IT4 IT4 之值之值, 為插入 IT1 IT1 與 IT5 IT5 間之幾何級數之近似值 i = 0.45 3 D + D 以 mm 為單位 0.001D
CNS 標準公差 為了使各種尺寸之公差數值規格化, 在範圍內所有的尺寸具相同的公差, 依據依據 ISA ISA 規格界定限界尺寸範圍, 並以兩限界尺寸之幾何平均數作為 D 值, 算出公差值
公差應用種類 IT01 至 IT4 屬於高級精密範圍, 為製造量規用 IT5 至 IT7 為一般量規用 IT5 至 IT12 用於切削加工, 機件之配合 IT13 至 IT16 為初次加工用 IT17 IT18 用於軋製 拉製及鍛鑄製用
名詞解釋 ( 四 ) 基孔制 (Basic Hole): 配合的鬆緊程度由軸的公差位置來決定, 並指定孔的下偏差為零 基軸制 (Basic Shaft): 配合的鬆緊程度由孔的公差位置來決定, 並指定軸的上偏差為零 餘隙餘隙 (Clearance): 孔與軸之實際尺度差異為正數值時, 意即意即孔大於軸時 干涉干涉 (Interference): 孔與軸之實際尺度差異為負數值時, 意即孔小於軸時
名詞解釋 ( 五 ) 餘隙配合 (Clearance Fit): 兩機件裝配時, 產生餘隙的配合, 即孔的公差區域全在軸的公差區域之外 干涉配合 (Interference Fit): 兩機件裝配時, 產生干涉的配合, 即軸的公差區域全在孔的公差區域之外 過度配合 (Transition Fit): 介於干涉配合與餘隙配合二者間的配合, 即孔的公差區域與軸的公差區域相重疊
偏差位置 在標準公差中在標準公差中, 就基礎偏差與零線就基礎偏差與零線 ( 標稱尺度標稱尺度 ) 間距離遠近間距離遠近, 分成分成 A A 至 ZC ZC 共二十八共二十八個位置個位置, 稱為偏差位置稱為偏差位置 ; 其中其中, 表示孔的偏差位置者以大楷英文字母, 表示軸的表示軸的偏差位置者以小楷英文字母 孔的偏差位置自孔的偏差位置自 A A 至 G G 者, 基礎偏差為下偏差礎偏差為下偏差, 均在零線均在零線以上以上,J,J 的基礎偏差大部分的基礎偏差大部分在零線以下在零線以下 ; 自 K K 至 ZC ZC 者, 基礎偏差為上偏差 基礎偏差為上偏差 軸的偏差位置自軸的偏差位置自 a a 至 g g 者, 基礎偏差為上偏差礎偏差為上偏差, 均在零線均在零線以下以下,j,j 的基礎偏差大部分的基礎偏差大部分在零線以下在零線以下 ; 自 k k 至 zc zc 者, 基礎偏差為下偏差 基礎偏差為下偏差 Js Js 或 js js 上下偏差以零線為對上下偏差以零線為對稱, 兩者均為兩者均為, 孔的孔的 H H 下偏下偏差恰在零線差恰在零線, 軸的軸的 h h 其上偏其上偏差恰在零線 差恰在零線
公差符號與界限尺度計算 公差符號是由偏差位置與公差等級所組成, 例如例如 H7 H7 係表示孔的偏差位置為 H, H, 公差等級為 IT7; 例如例如 g6 g6 表示軸的偏差位置為 g, g, 公差等級為 IT6; 在公差符號前加上標稱尺度數字, 如 40H7 40H7 或 40g6 40g6 在設計時, 先依據機件尺寸精度要求, 定出公差等級, 亦即定出公差區域大小 依據機件性能之要求, 決定公差區域所在位置, 亦即定出基礎偏 差位置 查表 依據標稱尺度 偏差位置及公差區域大小, 定出零件之最大與最小界限尺度 如何透過查表決定上偏差或下偏差? 重點 請勿錯過
配合制度 基孔制基孔制 (Basic (Basic Hole): Hole): 配合的鬆緊程度由軸的公差位置來決定, 並指定孔的下並指定孔的下偏差為零 偏差為零 在基孔制中在基孔制中, 確定孔的偏差位置為確定孔的偏差位置為 H, H, 孔的基本尺度為孔的最小尺度, 換言之換言之, 以孔徑為基本尺度孔徑為基本尺度, 孔徑公差為正值孔徑公差為正值, 製造軸時製造軸時, 使軸徑大於或小於基本尺度, 以得到各種配合得到各種配合, 其優點為孔徑劃一其優點為孔徑劃一, 易於加工易於加工, 較經濟較經濟, 為最常用的一種 為最常用的一種 基軸制基軸制 (Basic (Basic Shaft): Shaft): 配合的鬆緊程度由孔的公差位置來決定, 並指定軸的上並指定軸的上偏差為零 偏差為零 在基軸制中在基軸制中, 確定軸的偏差位置為確定軸的偏差位置為 h, h, 軸的基本尺度為軸的最大尺度, 換言之換言之, 以軸徑為基本尺度軸徑為基本尺度, 軸徑公差為負值軸徑公差為負值, 製造孔時製造孔時, 使孔徑大於或小於基本尺度, 以得到各種配合得到各種配合, 此法囿於孔徑加工不易, 成本較高成本較高, 不甚經濟 不甚經濟
配合種類與偏差位置 各種配合與孔軸的偏差位置關係如下
基孔制常見的配合種類
基軸制常見的配合種類
公差類別 單向公差 : 又稱同側公差, 乃由基本尺度於同側加或減一變量所成的公差 雙向公差 : 又稱兩側公差, 乃由基本尺度於兩側同時加或減一變量所成的公差
公差標註 : 通用公差 我國針對長度 角度 去角或曲率半徑等尺度標註及鑄造 鍛造 衝壓及切割等加工方法訂定一般公差標準 通用公差之標註原則上標註在圖上標題欄內或其附近明顯處 通用公差之公差數值可寫明或列簡明表或加註參照國家標準 CNS CNS 之規定 長度公差
公差標註 : 專用公差 : 長度 公差符號標註 : 符號的大小與尺度數字相同 (a) (a) 極限尺度標註 : 將最大極限尺度寫在上方, 最小極限尺度寫在下方, 極限尺度數字高低與尺度數字相同 (b) (b) 公差符號加註極限尺度標註 : 將極限尺度用括號分隔, 極限尺度數字之高低與尺度數字相同, 最小極限尺度與尺度數字對齊 (c) (c) 上下偏差標註 : 如 (d)~(g), 特別注意其數字對齊方式
公差標註 : 專用公差 : 角度 角度公差標註與長度公差標註法原則相同
公差標註 : 專用公差 : 配合 公差符號標註 (a b) 公差符號加註極限尺度 (c) 上下偏差標註 (d)
範例一 干涉配合 孔的偏差位置 P 查表 3-18( 二 ) 上偏差 -0.032 最大尺度 70-0.032+Δ (0.011) =69.979 查表公差等級 7 公差大小 0.030 最小尺度 69.979-0.030=69.949 軸的偏差位置 h 查表 3-19( 一 ) 上偏差 0. 上偏差 0. 最大尺度 70-0.0=70.000 查表公差等級 6 公差大小 0.019 最小尺度 70.000-0.019=69.981
範例二 餘隙配合 孔的偏差位置 H 查表 3-18( 一 ) 下偏差 0.0 最小尺度 70+0.000=70.000 查表公差等級 9 公差大小 0.074 最大尺度 70.000+0.074=70.074 軸的偏差位置 e 查表 3-19( 一 ) 上偏差 -0.060 上偏差 -0.060 最大尺度 70-0.060=69.940 查表公差等級 8 公差大小 0.046 最小尺度 69.940-0.046=69.894
範例三 過渡配合 孔的偏差位置 Js 查表 3-18( 一 ) 下偏差 IT 2 最大尺度 70+0.019 2=70.0095 查表公差等級 6 公差大小 0.019 最小尺度 70.000-0.0095=69.9905 軸的偏差位置 h 查表 3-19( 一 ) 上偏差 0.000 上偏差 0.000 最大尺度 70-0.000=70.000 查表公差等級 6 公差大小 0.019 最小尺度 70.000-0.019=69.981
基孔制常見的配合種類
基軸制常見的配合種類
範例一 干涉配合 孔的偏差位置 P 查表 3-18( 二 ) 上偏差 -0.032 最大尺度 70-0.032+Δ (0.011) =69.979 查表公差等級 7 公差大小 0.030 最小尺度 69.979-0.030=69.949 軸的偏差位置 h 查表 3-19( 一 ) 上偏差 0. 上偏差 0. 最大尺度 70-0.0=70.000 查表公差等級 6 公差大小 0.019 最小尺度 70.000-0.019=69.981
範例二 餘隙配合 孔的偏差位置 H 查表 3-18( 一 ) 下偏差 0.0 最小尺度 70+0.000=70.000 查表公差等級 9 公差大小 0.074 最大尺度 70.000+0.074=70.074 軸的偏差位置 e 查表 3-19( 一 ) 上偏差 -0.060 上偏差 -0.060 最大尺度 70-0.060=69.940 查表公差等級 8 公差大小 0.046 最小尺度 69.940-0.046=69.894
範例三 過渡配合 孔的偏差位置 Js 查表 3-18( 一 ) 下偏差 IT 2 最大尺度 70+0.019 2=70.0095 查表公差等級 6 公差大小 0.019 最小尺度 70.000-0.0095=69.9905 軸的偏差位置 h 查表 3-19( 一 ) 上偏差 0.000 上偏差 0.000 最大尺度 70-0.000=70.000 查表公差等級 6 公差大小 0.019 最小尺度 70.000-0.019=69.981