工程配合是創(chuàng)建功能良好的機械組件時需要考慮的重要因素，設(shè)計工程師必須了解不同類型的工程配合之間的細微差別。本文將詳細解釋間隙配合與過盈配合，以明確它們之間的區(qū)別。

什么是過盈配合？

過盈配合，也稱為干涉配合，是一種工程配合類型，其中配合的組件通過摩擦力緊密地固定在一起，配合表面之間存在故意的干涉。

讓我們以標準軸和輪轂的配合為例來更清楚地說明。當輪轂需要緊密地安裝在軸上以限制軸向和旋轉(zhuǎn)運動時，其孔的直徑會故意設(shè)計得比軸的外徑略小，這被稱為正干涉或負間隙。

過盈量通過工程圖紙傳達給制造部門，然后由機械師進行操作。一個實際的例子是軸承在軸上的裝配，其中軸的加工對于過盈配合尺寸至關(guān)重要。

過盈配合示例

間隙配合和過盈配合設(shè)計程序及工程計算的實際例子將有助于區(qū)分間隙配合與過盈配合。在確定設(shè)計需要過盈配合后，工程師的第一個決定是根據(jù)裝配的應(yīng)用選擇合適的公差等級和基準系統(tǒng)。

關(guān)于基準系統(tǒng)，有孔基準系統(tǒng)或軸基準系統(tǒng)?？谆鶞氏到y(tǒng)將孔尺寸作為參考（固定），并建議軸的適當工程公差范圍。而軸基準系統(tǒng)則相反。

此外，公差等級取決于配合的緊密程度。下表顯示了不同工程配合在孔基準和軸基準下的各種公差等級。

讓我們回到之前提到的軸承-軸的例子。下圖顯示軸承的內(nèi)圈需要與軸進行干涉配合。在這種情況下，由于軸承尺寸是標準的，因此適用孔基準系統(tǒng)，因為軸的尺寸是可調(diào)整的。

現(xiàn)在，假設(shè)工程師選擇了一種驅(qū)動型干涉配合（H7/u6），并假設(shè)軸承的外徑為25mm，根據(jù)ISO 286軸基準公差表，孔的過盈配合公差應(yīng)為+48/-35μm。

如何計算過盈配合力？

我們可以進一步進行工程計算，以找出裝配/拆卸組件所需的力，以及最終裝配的夾緊扭矩，這在惡劣的加載條件下是必要的。

配合界面的壓力

要計算配合界面的壓力，可以使用以下公式：

為了簡化計算，我們假設(shè)軸承外環(huán)和軸均由鋼制成，還對其他一些未知尺寸使用了任意值。此外，假設(shè)徑向干涉量為10μm，這在公差表中的過盈配合公差范圍內(nèi)。

將所有值代入公式，得到壓力為11.98 MPa，配合界面完全光滑（當然不可能），則此壓力均勻地應(yīng)用于整個配合界面。因此，此值適用于我們將在下一個計算中使用的Pmax值。

軸向保持力

要計算軸向保持力（裝配/拆卸力），可以使用以下公式：

同樣，值的解釋如下表所示。接觸面積是假設(shè)軸承寬度為10mm來計算的。

此設(shè)置下的軸向保持力為564.6 N。這是制造商在裝配/拆卸軸承到軸上時需要參考的力。此外，軸承上的軸向載荷也不應(yīng)超過此值，以避免內(nèi)圈移位。

如何實現(xiàn)過盈配合？

正確地裝配過盈配合是一項需要技能的操作。由于過盈配合尺寸導(dǎo)致配合部件之間存在干涉，因此它們的裝配并不像在螺栓上擰緊螺母那樣簡單。

一般來說，有兩種流行的方法可以實現(xiàn)過盈配合。

• 施加力：將部件定位在彼此前面，其中一個部件固定，另一個部件可移動。在可移動部件上施加之前計算出的裝配力，迫使其被壓到/壓入固定部件上，從而實現(xiàn)過盈配合。這種方法依賴于原始力，并且通常要求其中一個部件具有倒角（通常在其中一個配合角處為10°- 30°，以方便裝配）。
• 熱膨脹/收縮：另一種方法更適用于非常緊密或精確的過盈配合，即使用熱。在這種方法中，要么將輪轂加熱到足以使其熱膨脹并輕松滑到軸上的溫度，要么將軸冷卻到足以使其收縮并滑入輪轂的溫度。后一種方法也稱為收縮配合，一旦裝配到位，組件會逐漸恢復(fù)到室溫。由此產(chǎn)生的熱膨脹/收縮會形成過盈配合。

什么是間隙配合？

讓我們繼續(xù)討論間隙配合與過盈配合的比較。間隙配合的裝配組件可以相對于彼此自由移動，這與過盈配合中組件被鎖定的情況不同。然而，移動范圍仍然受到很大限制。想象一下門鉸鏈，鉸鏈和其銷可以自由旋轉(zhuǎn)，但僅在定義的移動范圍內(nèi)。

從機械角度來看，其原理是在配合表面之間留出小的間隙/余量，以便它們可以輕松地相互滑動。間隙的另一個名稱是在定義間隙配合公差時的負干涉。

從工程角度來看，間隙配合相對容易評估。由于配合區(qū)域沒有由于彈性變形而產(chǎn)生的過量摩擦力，因此更容易計算壓力和力。

間隙配合示例

間隙配合尺寸可以直接從公差表中選取。我們可以參考之前過盈配合部分中的軸承例子。軸承的外環(huán)與外殼之間存在間隙配合。

在這種情況下，由于軸承環(huán)尺寸是恒定的，而外殼/輪轂中的孔是可調(diào)整的，因此適用軸基準系統(tǒng)。

假設(shè)設(shè)計工程師決定使用滑動型間隙配合（H7/g6）來正確定位軸承在輪轂內(nèi)，同時保持運動和裝配的便利性。同樣，我們從標準表中找出間隙配合公差。

假設(shè)軸承外環(huán)的公稱直徑為30mm，根據(jù)ISO 286標準，間隙配合公差范圍為+21/-0μm。雖然看似是一個很小的值，但它對裝配的工作效率和使用壽命產(chǎn)生了巨大影響。

如何實現(xiàn)間隙配合？

與間隙配合計算一樣，間隙配合裝配也比過盈配合更方便。實現(xiàn)間隙配合的一般方法有：

• 施加力：對于間隙或干涉量很小的間隙配合，傳統(tǒng)的施加機械力的方法適用。與過盈配合一樣，將部件放入正確位置，并通過適當?shù)臋C器施加力。
• 手工裝配：由于大多數(shù)間隙配合沒有干涉，因此配合部件只需相互滑動即可，無需任何外部力。在這些情況下，制造商通過手工進行裝配。

過盈配合與間隙配合的差異

讓我們總結(jié)一下整個討論，并將其歸結(jié)為幾點。間隙配合與過盈配合之間的差異并不多，但它們確實對裝配的工作方式產(chǎn)生了不同的影響。

干涉/間隙

這兩種工程配合之間的明顯區(qū)別在于，過盈配合尺寸在配合部件之間產(chǎn)生干涉，而間隙配合尺寸則產(chǎn)生間隙。

另一種說法是，在過盈配合中，孔比軸小，因此需要力來裝配它們。而對于間隙配合，孔比軸大，可以輕松滑過軸。

自由度

兩者之間的另一個重要區(qū)別在于配合部件的運動自由度。在過盈配合中，配合部件相互剛性鎖定，防止在任何方向上的任何運動。

而對于間隙配合，部件之間存在相對運動。例如，在活塞-氣缸系統(tǒng)中，活塞沿氣缸軸線自由移動。然而，間隙配合仍然限制了其他兩個橫向運動。

機械變形

機械變形也是間隙配合與過盈配合比較中的一個差異點。一般來說，過盈配合中的配合部件在配合表面處會發(fā)生物理變形。在大多數(shù)情況下，這是彈性變形，但對于非常緊密的配合或具有較差抗蠕變性的塑料材料，也可能發(fā)生塑性變形。

相反，間隙配合部件由于間隙配合公差中的正間隙而不會變形。由于滑動作用，表面可能會有一些磨損，但僅此而已。

裝配與拆卸

過盈配合的裝配和拆卸更具挑戰(zhàn)性，因為需要力和熱膨脹/收縮。

制造商需要控制更多的參數(shù)，如溫度、加熱/冷卻的應(yīng)用點、力以及材料的沖擊耐受性。此外，在裝配過程中還有可能損壞裝配組件。例如，過高或方向錯誤的力有時會在裝配過程中損壞軸承。

另一方面，間隙配合更容易裝配。通?？梢酝ㄟ^手工裝配，這既快速又容易，且風險較低。

可制造性

過盈配合可能需要更高的制造精度來實現(xiàn)必要的干涉。正如我們在計算部分中所看到的，過盈配合公差對于成功的過盈配合非常重要。過盈配合尺寸的微小變化都可能導(dǎo)致不可持續(xù)的壓力水平和隨后的故障。
間隙配合在制造公差方面提供了更大的靈活性，因此相對更容易實現(xiàn)，而無需極其嚴格的公差。不過，制造精度仍然是核心要求。整個部件必須處于正確的公差水平，以實現(xiàn)平滑的滑動運動，否則部件可能會鎖定、錯位或過松。

應(yīng)用

不同的應(yīng)用是間隙配合與過盈配合討論中的一個主要點。正如預(yù)期的那樣，兩者具有截然不同的應(yīng)用。

過盈配合適用于需要剛性且部件之間幾乎沒有或沒有相對運動的連接。例子包括軸承、襯套和某些結(jié)構(gòu)部件。

間隙配合則更適用于需要易于裝配和拆卸或部件之間有一定程度運動的情況。間隙配合的應(yīng)用包括外殼、鉸鏈、樞軸和活塞-氣缸系統(tǒng)。

快速查看：過盈配合與間隙配合差異表

結(jié)論

工程配合是設(shè)計和制造中最重要的概念之一。本文對間隙配合與過盈配合的討論揭示了其使用的各個方面，包括工程分析以及比較。顯然，選擇正確的工程配合并在公差范圍內(nèi)制造對于功能正常的機械裝配非常必要。

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常見問題解答

確定過盈配合和間隙配合尺寸的標準是什么？

ISO 286和ANSI B4.1是用于工程配合公差的最公認的兩個標準。

過渡配合是否被視為間隙配合？

過渡配合和間隙配合通常都歸入間隙配合類別，因為它們具有相似的特性。然而，并沒有明確的分界線。

過盈配合是否總是需要加熱/冷卻來進行裝配？

熱膨脹/收縮并不總是過盈配合裝配所必需的。對于低干涉的過盈配合，在室溫下施加力通常足以成功裝配配合部件。