機械設計與製作專題機械設計與製作專題

公差配合選用公差配合選用

蔡志成老師中興大學機械系

公差配合選用

蔡志成 2

零件之公差設計例零件之公差設計例

42±0.05

-0.0

2φ

105

0

0

φ90

+0.0

4

25±0.05

φ12

6±0.

1

公差配合選用

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精密度、誤差與公差精密度、誤差與公差

• 精密度涵蓋準確、密集與微細，亦即準確度、重現性與解析度

• 誤差為特定程序與目標值之差異量，而公差為特定程序之變異量

準確度高但重現性不佳

重現性高但準確度不佳

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精度與公差精度與公差

• 精確度 (accuracy)：泛指精確的程度，亦即實際值與基本值或標稱值的差異程度。

• 公差（tolerance）：對於一度量所能允許之變異量，即最大極限尺寸與最小極限尺寸的差，亦為上偏差與下偏差的代數差，有時用於表示標示尺寸之允許變異量；公差為絕對值而無正負號。

• 公差區域（tolerance zone）：最大極限尺寸與最小極限尺寸之間所包含的區域，用來表示公差量及對零線的相對位置。

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內容綱要內容綱要

•• 公差標示公差標示

•• 公差與配合公差與配合

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公差設計對產品設計與製造之影響公差設計對產品設計與製造之影響

產品設計分析與最佳化

公差設定

零件生產製造與組裝

檢測

公差造成之生產成本分析

公差造成之產品誤差分析

完 成

不符經濟效益

規格不符

生產成本太高

不符功能需求

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公差種類公差種類

• 公差可分為三種，即尺寸公差（size tolerance)，形狀公差 (form tolerance)與位置公差（position or location tolerance）。

• 位置公差又可細分為定位類公差、方向類公差與偏轉類公差；而形狀公差一般也涵蓋輪廓類公差。

• 一般所稱的公差常指尺寸公差，而形狀公差與位置公差則合稱為幾何公差。本課程討論與功能相關之公差配合選用，亦即以尺寸公差為主。

公差配合選用

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實體公差種類實體公差種類 (2/2)(2/2)

線性尺寸公差 (linear size tolerance)角度尺寸公差 (angular size tolerance)直徑/半徑公差 (diameter/radius tolerance)

尺寸類公差(size tolerance)

圓柱度 (cylindricity)真圓度 (circularity)平面度 (flatness)直線度 (straightness)

形狀類公差(form tolerance)

個別參考公差

曲面輪廓度 (surface profile tolerance)曲線輪廓度 (line profile tolerance)

輪廓類公差(profile tolerance)

交互參考公差或個別參考公

差

總偏轉度 (total runout)圓偏轉度 (circular runout)

偏轉類公差(runout tolerance)

傾斜度 (angularity)垂直度 (perpendicularity)平行度 (parallelism)

方向類公差(orientation tolerance)

正位度 (position tolerance)距離公差 (distance tolerance)同心度 (concentricity or coaxiality)對稱度 (symmetricity)

位置類公差(location tolerance)

交互參考公差

零零件件之之公公差差標標示示例例

公差配合選用

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公差標示公差標示(1/2)(1/2)

• 特徵（feature）：標示機械或零組件中某一部分特點之標示法，例如孔、面、槽、輪廓、螺紋等。

• 軸線(axis)：表示圓形與柱形特徵之理論中心之直線。

• 真實位置度量（true position dimension）：標示幾何特徵位置之度量(平均值)。

• 基準度量（datum dimension）：建構基準特徵真實位置之度量。

• 單向公差（unilateral tolerance）：指工件的最大極限尺寸或最小極限尺寸皆在基本尺寸的同一側者。又其中任一極限尺寸與基本尺寸相同者亦稱單向公差。

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公差標示公差標示(2/2)(2/2)

• 雙向公差（bilateraI tolerance）：指工件的最大極限尺寸大於基本尺寸，同時最小極限尺寸小於基本尺寸者，亦即上下兩偏差為不同符號者。

• 一般公差（general tolerance）：一般公差是指工作圖上尺寸，未個別註明公差的尺寸，但應做到基本公差量，通常將此公差標註於工作圖的標題欄內。

• 通用公差：在工作圖上謹註明工件基本尺寸，另在標題欄內或附近處有說明公差之數值。是通用於工作圖上所有記載之尺寸之公差。

• 專用公差：在工作圖上特殊某幾個尺寸，已列出其公差數值者，為該尺寸專用的公差。其他未註明公差者不得使用。未註明公差者參照通用公差值即可。

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通用公差之標示通用公差之標示

標示於標題欄中

標示於標題欄中並列表表示

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名詞定義與說明名詞定義與說明 ––尺寸與極限尺寸與極限 (4/4)(4/4)

• 零線（zero line）：表示基本尺寸的線，又稱基準線；習慣上零線以水平線繪製，在其上下方分別為正與負。

• 偏差（deviation）：機械或零組件中某一尺寸與對應基本尺寸的代數差，亦即偏離基本尺寸的差異。最大極限尺寸與基本尺寸的差稱為上偏差，而最小極限尺寸與基本尺寸的差稱為下偏差。

零線

上偏差 下偏差

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軸孔配合公差軸孔配合公差

基本尺寸

最小極限尺寸

最大極限尺寸

下偏差

上偏差孔公差

最小極限尺寸

最大極限尺寸

軸公差

下偏差

上偏差

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公差配合名詞定義與說明公差配合名詞定義與說明(1/2)(1/2)

• 軸（shaft）：習慣上為用以標示零件所有外周特徵的名詞，其中包含非圓柱形零件在內，如厚度、長度等。

• 孔（hole）：習慣上為用以標示零件所有內部特徵的名詞，其中包含非圓柱形零件在內，如槽寬、鍵寬等。

• 公差（tolerance）：最大極限尺寸與最小極限尺寸的差，亦為上偏差與下偏差的代數差，有時用於表示標示尺寸之允許變異量；公差為絕對值而無正負號。

• 配合（fit）：二個裝配件在組裝前，由於二者尺寸間的差異所產生的關係。

• 裕度（allowance）：配合時，兩配合件孔（內部特徵）的最大極限尺寸與軸（外部特徵）的最小極限尺寸之差，亦即最小間隙或最大干涉值。

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公差配合名詞定義與說明公差配合名詞定義與說明(2/2)(2/2)

• 餘隙（clearance）：亦稱為間隙，其值為正值，為組裝前孔的尺寸大於軸的尺寸時，兩者的尺寸差。

• 最大與最小餘隙：孔的最大極限尺寸與軸的最小極限尺寸之差稱為最大餘隙；孔的最小極限尺寸與軸的最大極限尺寸之差則稱為最小餘隙。

• 干涉（interference）：亦稱為過盈，其值為負值，為組裝前孔的尺寸小於軸的尺寸時，二者的尺寸差。

• 最大與最小干涉：孔的最小極限尺寸與軸的最大極限尺寸之差稱最大干涉。孔的最大極限尺寸與軸的最小極限尺寸之差稱最小干涉。

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公差配合種類公差配合種類

配合因孔或軸的相對公差區域位置可分為三種：

• 餘隙配合：又稱鬆配合、留隙配合或游動配合，指兩配合件孔的尺寸大於軸的尺寸，故組裝後其間會留有餘隙。

• 過盈配合：又稱干涉配合或緊配合，指兩配合件孔的尺寸小於軸的尺寸，有干涉現象，裝配時須以敲擊、加壓或加熱等強迫套裝方式來完成，裝配完後相互間彼此結合成一體。

• 過渡配合：又稱精密配合或靜配合，指兩配合件孔與軸的尺寸公差區域有部份重疊，故配合時有時為餘隙配合，有時為干涉配合，組裝後可以互相滑動，其配合程度介於餘隙配合與干涉配合之間。

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配合種類與性質配合種類與性質 ––餘隙配合餘隙配合

連桿之銷與桿、鍵與鍵槽、精密閥桿

要求無鬆動之精密運動者

輕負荷精密機械連續運轉需小間隙者、精密滑

動者g6g5

精轉合座

一般軸與套筒、連桿之桿與套筒

運動需有適當間隙者、grease或油潤滑之一般常

溫軸承

f7、f8

f7f6轉合座

排氣閥座之配合、曲柄軸主軸承、一般滑動配合

一般旋轉或滑動要求好潤滑時、常拆裝之普通配合

運動需有稍大間隙者、潤滑需稍大間隙者、高溫、高速、高負荷之軸

承需潤滑者

e9e8e7

曲柄臂與銷軸承、排氣閥與彈簧座滑

動部位運動需有較大間隙者d9d9

輕轉合座

活塞環與活塞槽功能尚須能有大間隙者（但會膨脹故位置誤差大）考量製造與維修成本或大尺寸時

運動需有大間隙者、高溫時需適當間隙間隙者、組裝需要大間隙者

c9粗轉合座

餘隙配合

應用例分類適用條件H9H8H7H6

公差配合選用

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公差配合符號公差配合符號

• 公差級別（即精度等級）為基本尺寸之函數，此函數以一數字符號表示

• 公差區域與零線的相對位置（即偏差量）為基本尺寸之函數，此函數以一（或二）拉丁字母標示，孔標示大寫字母而軸標示小寫字母

• 尺寸加註公差時，需在基本尺寸後面增加一組偏差量與公差級別。例如200 g6

• 表示公差配合時，須在二個互相配合零件的共同基本尺寸後面加註每一零件的對應符號，且將孔的符號置於軸的符號之前。例如200 H7/g6（或200 H7-g6或200

g6H7

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組合件公差標示組合件公差標示 –– 例例

[CNS國家標準]

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配合之制度配合之制度

• 基孔制（basic hole system）：基孔制是指孔的公差不變，擬配合的軸可得各種不同的餘隙及干涉的一種配合制度。孔的基本尺寸為孔的最小尺寸，即孔的下偏差為零。

• 基軸制（basic shaft system）：基軸制是指軸的公差不變，擬配合的孔可得各種不同的餘隙及干涉的一種配合制度。軸的基本尺寸為軸的最大尺寸，即軸的上偏差為零。

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基孔制與基軸制

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偏差位置符號偏差位置符號

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標準偏差量標準偏差量 ––以軸為例以軸為例

級別

尺寸(mm) d e f g h js k m n p

≦3 -20 -14 -6 -2 0 ± 0 +2 +4 +6＞3至 6 -30 -20 -10 -4 0 ± +1 +4 +8 +12＞6至 10 -40 -25 -13 -5 0 ± +1 +6 +10 +15＞10至 18 -50 -32 -16 -6 0 ± +1 +7 +12 +18＞18至 30 -65 -40 -20 -7 0 ± +2 +8 +15 +22＞30至 50 -80 -50 -25 -9 0 ± +2 +9 +17 +26＞50至 80 -100 -60 -30 -10 0 ± +2 +11 +20 +32＞80至 120 -120 -72 -36 -12 0 ± +3 +13 +23 +37＞120至 180 -145 -85 -43 -14 0 ± +3 +15 +27 +43＞180至 250 -170 -100 -50 -15 0 ± +4 +17 +31 +50＞250至 315 -190 -110 -56 -17 0 ± +4 +20 +34 +56＞315至 400 -210 -125 -62 -18 0 ± +4 +21 +37 +62＞400至 500 -230 -135 -68 -20 0 ± +5 +23 +40 +68

單位:µm

[JIS]

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精度與公差等級精度與公差等級

• 公差等級（tolerance grade）：依照基本尺寸大小、訂定等級，使同一等級公差之所有基準尺寸皆具有相同的精度水準。

• 標準公差（standard tolerance IT）：以基本尺寸為參數，經計算、列成表格、使用者以基本尺寸查出公差值。

• 公差單位（standard tolerance unit）：是以基本尺寸為基礎依公式計算出來，然後乘以級數即得各等級之公差。

公差配合選用

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精度與公差等級精度與公差等級 (D(D≤≤500mm)500mm)

• 將公差分級，每一級代表一種公差水準。適用於500mm以下之公差配合。

• 常用標準公差包括IT01、IT0以及IT1至IT16共十八級。• IT5至IT16之標準公差數值可以公差單位i來表示

• i = 0.45D1/3+0.001D ，其中D的單位為mm ，或• i = 0.052D1/3+0.001D ，其中D的單位為in

級 別 5 6 7 8 9 1 0數 值 7 i 1 0 i 1 6 i 2 5 i 4 0 i 6 4 i級 別 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6數 值 1 0 0 i 1 6 0 i 2 5 0 i 4 0 0 i 6 4 0 i 1 0 0 0 i

級 別 0 1 0 1數 值 0 . 3 + 0 . 0 0 8 D 0 . 5 + 0 . 0 1 2 D 0 . 8 + 0 . 0 2 0 D

• IT2至IT4之標準公差數值為在IT1至IT5之間按幾何比例約略配置。

公差配合選用

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標準公差等級建議數值表標準公差等級建議數值表 (D(D≤≤500mm)500mm)

級別

直徑(mm)IT01

IT0

IT1

IT2

IT3

IT4

IT5

IT6

IT7

IT8

IT9

IT10

IT11

IT12

IT13

IT14

IT15

IT16

≦3 0.3 0.5 0.8 1.2 2 3 4 6 10 14 25 40 60 100 140 250 400 600＞3至6 0.4 0.6 1 1.5 2.5 4 5 8 12 18 30 48 75 120 180 300 480 750＞6至10 0.4 0.6 1 1.5 2.5 4 6 9 15 22 36 58 90 150 220 360 580 900＞10至18 0.5 0.8 1.2 2 3 5 8 11 18 27 43 70 110 180 270 430 700 1100＞18至30 0.6 1 1.5 2.5 4 6 9 13 21 33 52 84 130 210 330 520 840 1300＞30至50 0.6 1 1.5 2.5 4 7 11 16 25 39 62 100 160 250 390 620 1000 1600＞50至80 0.8 1.2 2 3 5 8 13 19 30 46 74 120 190 300 460 740 1200 1900＞80至120 1 1.5 2.5 4 6 10 15 22 35 54 87 140 220 350 540 870 1400 2200＞120至180 1.2 2 3.5 5 8 12 18 25 40 63 100 160 250 400 630 1000 1600 2500＞180至250 2 3 4.5 7 10 14 20 29 46 72 115 185 290 460 720 1150 1850 2900＞250至315 2.5 4 6 8 12 16 23 32 52 81 130 210 320 520 810 1300 2100 3200＞315至400 3 5 7 9 13 18 25 36 57 89 140 230 360 570 890 1400 2300 3600＞400至500 4 6 8 10 15 20 27 40 63 97 155 250 400 630 970 1550 2500 4000

單位:µm

公差配合選用

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公差配合公差配合 ----計算例計算例

公差

最大極限尺度/最小極限尺度

最大餘隙(或最小干涉) /最小餘隙(或最大干涉)

標準偏差量

6464基本尺度

孔軸64 H7/g6