一種軸孔配合結構裝配困難的原因分析及改進

馮夢麗

（陜西法士特齒輪有限公司汽車傳動工程研究院，陜西 西安 710119）

引言

軸孔配合的結構在機械產品中應用十分廣泛，在變速器產品上有多處使用。其精度設計亦是產品設計中重要的部分。設計過程是一個發展的動態過程，在實際的生產過程中，我們更需要不斷地調整公差大小與生產成本及產品使用可靠性方面的關系，科學進行適應性設計。但是在實際適應性設計中，一些細節性的選擇同樣后續的生產使用造成巨大的影響，本文闡述的就是一個典型的精度設計影響生產使用問題的原因分析和解決方案。

1 問題來源

接裝配現場反饋，變速箱某處軸與孔結構裝配過程中頻頻出現裝配困難的問題，嚴重時無法完成裝配，甚至由于裝配過程中的操作力度過大導致個別零件的損壞報廢。嚴重影響了現場的裝配效率，也造成了一定的經濟損失。

此機構為變速箱產品上常用的一處結構，使用較為廣泛。工作時，軸應可在孔內順暢旋轉，但應盡量避免其軸向竄動過大。軸與孔的配合如不合適不但影響裝配質量，亦會影響其正常工作，引起磨損，降低其使用壽命。因此需要對其裝配困難原因進行分析，優化其結構設計，并對后續同類結構的設計提供參考。

2 原因分析

首先，對多批次零件的軸徑及孔徑進行檢測，確認零件尺寸符合圖紙要求，排除了由于生產加工不合格造成裝配困難的可能。

其次，結合實際應用的需要，對產品結構圖紙進行研究分析。

此兩個零件屬于典型的軸孔配合結構。同一軸與基本尺寸相同的兩個孔相配合，且配合性質相同。應用環境屬于易于轉動的支撐用的配合，溫度影響不大。

根據常規設計經驗，從工藝上和宏觀經濟效益的角度考慮，優先選基孔制配。

通常軸孔的配合可分為過盈配合、過渡配合、間隙配合三種。若軸與孔間可相對運動則可選擇過渡配合，介于相對運動和固定之間選擇過盈配合，軸與孔不發生相對運動則選擇固定連接。此處軸孔配合結構應選用間隙配合。

表1

表2

現有設計軸徑￠25（0、-0.021）、孔徑 ￠25（+0.021、0）。對于孔的結構，同時有“兩孔同心度不大于￠0.1”的幾何公差要求。查詢標準公差數值表（見表1），可以確認原設計對此處公稱尺寸選用的公差等級為IT12。即該孔軸的配合狀態為25H12/h12。查詢同軸度、對稱度、圓跳動和全跳動公差值表（見表2）可知幾何公差的精度等級為10 級。

根據對產品設計的分析，我們發現會影響兩個零件配合質量，造成裝配困難原因可能的有以下兩個方面：

（1）產品公差等級及等級配合

可以看到，現有的設計公差等級符合基本的設計原則要求，但尺寸精度等級相對偏低。同時在軸孔配合設計中，一般孔的公差精度等級應略低于軸的公差精度等級或持平。現有設計中，選擇將軸與孔的公差精度等級設計為持平。這些因素都會影響到軸與孔配合質量。

（2）幾何公差和公差等級的影響

裝配時，撥叉軸需穿過撥叉支架上的兩處軸孔，因此，對于分離撥叉支架上兩軸孔的同軸度需進行一定的約束。而同心度則是同軸度的特殊形式，當被測要素為圓心，或薄型工件上的孔、軸的軸線時，可視作點而不是線，則它們對基準的同軸度可稱為同心度。同軸度誤差直接影響著工件的配合精度和使用情況，而同軸度誤差反應在界面上的圓心的不同心即為同心度，同心度誤差只體現圓心的偏移程度。所以原分離撥叉支架圖面上對兩軸孔幾何公差的描述“兩孔同心度不大于￠0.1”不合適。且給出的幾何公差等級同樣偏低。

3 解決/改進措施

根據上述分析，我們可以通過調整孔、軸之間的公差配合等級及對兩軸孔的幾何公差進行約束來改善其裝配質量。

3.1 調整孔與軸配合的公差精度等級

保持優先考慮基孔制配合設計的理念，維持孔的極限偏差不變，將軸的極限偏差由原來的h12 調整為g6。即軸徑尺寸￠25（0、-0.021）變更為￠25（-0.007、-0.020）。

表3

3.2 修正兩軸孔處幾何公差的要求

將分離撥叉支架圖面上兩軸孔處同心度要求更改為同軸度要求。為更好的保證裝配順暢，同時提高其公差等級要求。將“兩孔同心度不大于￠0.1”更改為“兩孔同軸度誤差不大于φ0.05”。

4 改進效果及總結

改進后，對產品現場試裝，裝配順暢。后經過一段時間的觀察，現場撥叉軸裝配困難的問題得到了解決。減少了故障損失，優化了裝配質量，提高了裝配效率。

孔、軸配合是機械設計中常用到的一種配合結構。在一般情況下，優先選用基孔制配合。如有特殊需要，允許將任一孔、軸公差帶組合成配合。在實際應用中，則應綜合考慮結構的應用環境，實際的加工能力，裝配質量、生產成本控制等多因素的影響。除公稱尺寸的選擇外，更不可忽視公差精度等級的配合、幾何公差以及表面粗糙度的要求。

本改進看似只是在原設計的基礎上對公差等級和幾何公差進行了微小調整，但其內在包含的設計理念卻是非常的重要。機械設計是機械生產的第一步，是決定機械性能的主要因素。好的設計，在設計之初就需要綜合考慮加工、裝配、成本等各項因素。精準而考慮全面的設計能減少大量試制改進的工作，避免不必要的人力物力損失。“差之毫厘謬以千里”，這句話對于機械設計工作來說，尤為貼切。