只有尺寸公差的孔轴能够顺利装配吗？

天使

导语：
在实际工程案例中，经常会遇到各类孔轴装配的情况，多数情况下孔轴为间隙配合，以保证顺利装配。很多工程师在设计孔和轴配合时是根据孔和轴的尺寸的大小来判断是否满足间隙配合要求，这样的设计是否合理？下面我们就这个问题展开讨论（为了便于叙述，这里将孔当做理想孔处理）。

按如下图纸加工轴尺寸，得到的轴能否顺利穿过Φ10的理想孔？



元芳，你怎么看？

元芳答：要正确回答这个问题，我们先看几个定义：
基本尺寸：由设计给定的尺寸。
实际尺寸：通过实际测量所得的尺寸。
极限尺寸：允许零件尺寸变化的两个极限值。较大的一个称为最大极限尺寸；较小的一个称为最小极限尺寸。
作用尺寸：在孔和轴的配合中，实际起作用的尺寸称为作用尺寸。作用尺寸包括孔的作用尺寸和轴的作用尺寸。
其中基本尺寸、实际尺寸、极限尺寸相信大家都了然于胸了，这里就不做介绍，那么对于作用尺寸有什么特别之处呢？
孔的作用尺寸是指在配合面的全长上，与实际孔内接的最大理想轴的尺寸，如下图（a）所示。
轴的作用尺寸是指在配合面的全长上，与实际轴外接的最大理想孔的尺寸，如下图（b）所示。


作用尺寸是实际尺寸和形状误差的综合结果，若零件的形状误差为零，则作用尺寸等于实际尺寸。对于弯曲的孔，其作用尺寸小于实际尺寸；对于弯曲的轴，其作用尺寸大于实际尺寸。
在ISO标准中，尺寸要素默认是独立原则，尺寸公差只控制零件的局部尺寸，尺寸公差精度与形位公差精度是相互独立的，互不影响。对于孔轴来讲要想实现间隙配合，孔的作用尺寸就必须大于轴的作用尺寸。在独立原则下，即使零件的实际尺寸都在极限尺寸范围内，如果零件存在形状误差，也可能会导致轴的作用尺寸大于孔的作用尺寸，就会产生装配干涉。
如下图所示，轴的截面尺寸都满足尺寸公差Φ10（-0.05/-0.1）mm的要求，但是由于轴在实际加工完成后存在弯曲变形，轴的实际作用尺寸达到Φ11.9mm，已经超过了理想孔径，也就是说按照现有的尺寸公差，轴无法穿过理想孔。




从以上分析不难看出，尺寸公差约束的是实际局部尺寸，即特征横截面尺寸，没有约束零件的形状、方向及位置。所以单纯的尺寸公差无法有效保障装配质量，我们需要对零件几何特征进行约束。
为了保证孔轴间隙配合，通常有两种方式：
1、 采用包容原则，通过孔和轴各自遵守的最大实体边界来保证配合性质，实现装配要求。
2、采用尺寸公差和几何公差综合控制，实现装配要求。这里以第二种方式为例，在轴上标注一个直线度要求，结果会怎样呢？



直线度Φ0.03mm要求轴的实际中心线应限定在直径等于Φ0.03mm的圆柱面内。




这时候，轴的截面尺寸满足Φ10（-0.05/-0.1）mm，轴的体外作用尺寸为Φ9.98（9.95+0.03）mm，轴能够顺利穿过理论孔





通过孔轴配合案例，表明判断一对孔轴是否满足间隙配合要求不只是看孔和轴的直径，还要看孔和轴的作用尺寸。因此除了尺寸公差要求外，还须对零件的形状、方向及位置公差进行必要的约定，以保证装配要求。