機構零部件公差包括尺寸和形位公差，尺寸公差包括公差帶大小和基本偏差，形位公差包括形狀公差和位置公差，尺寸公差帶、形狀公差和位置公差均用一個數(shù)值表示尺寸或要素的精度等級，基本偏差反映公差帶的位置，在孔、軸配合中反映配合的性質(zhì)（過盈、過渡或間隙）。

雖有標準的公差列表可供選擇，但由于機構零部件數(shù)量多，加之各零部件公差選擇內(nèi)容又較多，因此，對一般設計人員而言，零部件的公差選擇（或設計）是較有難度的。

機構作為電器產(chǎn)品的執(zhí)行元件，其性能穩(wěn)定性對電器產(chǎn)品的影響很大，無論電器產(chǎn)品性能多么先進，都需要高穩(wěn)定性的機構作為支撐，而機構性能的穩(wěn)定主要依賴于其中零部件合理的公差選擇和適當?shù)臒崽幚怼?/p>

過緊的公差不僅使零部件制作成本升高，還需要高技能的工人師傅操作，有時，僅一個不合理的公差可能導致制造費用成倍上升，可謂設計“一筆千金”，但過緊的公差雖然提高了電器產(chǎn)品的穩(wěn)定性，但使用壽命并無多大貢獻；而過松的公差會降低機構的穩(wěn)定性和使用壽命，影響用戶的利益。因此，電器產(chǎn)品機構零部件公差應謹慎選擇，不可隨意為之。

1 傳統(tǒng)零部件公差的選擇方式

隨著CAD軟件技術的不斷進步，二維、三維繪圖軟件不斷出現(xiàn)，對廣大工程技術人員而言，工程制圖變得越來越簡單，尤其是零部件名義尺寸的選擇、運動仿真等，一般技術人員都能輕易完成，但對于零部件尺寸公差的選擇，較難把握，需要設計者有深厚的機械經(jīng)驗，尤其在不借助CAT（零部件公差分析）軟件時，全憑設計者的認知，設計者不僅要了解各類機械加工（包括冷加工和熱加工）工藝，要熟悉各類機床能達到的機械參數(shù)和加工精度，更要全面掌握機械配合、連接、傳動相關知識。

傳統(tǒng)的零部件公差選擇主要有二種方法：1.根據(jù)具體設計對象，個性化地選擇公差。按零部件在機器中的重要程度、工作狀況提出相應要求，如對于孔軸配合：高速精密旋轉(zhuǎn)運動常用H/f，直線運動常用H/g，精密靜配合常用H/h，較緊過渡配合常用H/n等；對于零部件尺寸精度：相對高速運動的孔常用IT7～IT8，軸常用IT6～IT7，相對慢速或靜止的配合面，孔常用IT9～IT10，軸常用IT8～IT9；對于非配合面，孔常用IT13～IT14，軸常用IT12～IT13；對于形位公差，則根據(jù)控制形位公差的難易程度，結合主參數(shù)，查表選取。

這種傳統(tǒng)公差選擇方式，較多應用于中、高壓斷路器操動機構零部件設計過程中，斷路器操作功大，零部件所需的剛度和強度高，較多采用鑄鋼件、鍛件、圓鋼、厚鋼板等機加工件，其公差選擇內(nèi)容豐容，且要求較高。2.經(jīng)濟性設計，按加工經(jīng)濟精度選擇公差。對于運動速度慢、動作不頻率、運動精度不高的產(chǎn)品，如某些低壓斷路器或隔離開關的操作機構，可從經(jīng)濟性的角度出發(fā)來選擇其零部件的公差。

如下表1為圓柱孔加工的經(jīng)濟精度，表2為外圓柱面加工的經(jīng)濟精度、表3為平面加工的經(jīng)濟精度、表4為圓柱形表面的形狀經(jīng)濟精度、表5為平行度的經(jīng)濟精度。一切以機床粗或半精加工能達到零部件公差為原則，不僅能夠降低產(chǎn)品的制作成本，而且方便公差的選取，當然，對于個別關鍵之處，如影響斷路器、隔離開關的開距、超程、觸頭壓力敏感之處，要選擇較高的尺寸和形位公差。

表1 圓柱孔加工的經(jīng)濟精度

表2 外圓柱面加工的經(jīng)濟精度

表3 平面加工的經(jīng)濟精度

表4 圓柱形表面的形狀經(jīng)濟精度

表5 平行度的經(jīng)濟精度

2 精確機械設計的零部件公差設計

傳統(tǒng)零部件公差選擇方法主要依賴設計者的經(jīng)驗，往往對零部件的精度偏保守設計，使整體產(chǎn)品精度偏高，致使成本亦偏高。若要對電器產(chǎn)品機構零部件公差精確設計，需要對零部件尺寸鏈進行計算。

但零部件所有公差依靠人力計算，工作量較大，需要花費較長的時間，尤其要求設計人員具備對材料性能、加工工藝及加工設備等方面的知識積累。近來出現(xiàn)了專門進行公差分析的CAT軟件，通過軟件分析，可以較好均衡各尺寸公差和形位公差，達到精確設計的目的，有利于找到產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品成本的平衡點，使產(chǎn)品具有較高的性價比。

以下是通過精確機械設計的方法來優(yōu)化尺寸公差、降低零件的制作成本的案例。

因此，通過尺寸鏈計算，來全面衡量各尺寸公差，使加工尺寸多落在機床經(jīng)濟加工精度范圍內(nèi)，可大大降低加工成本，減少廢品率，使電器產(chǎn)品批量生產(chǎn)順利進行。

圖1 軸套

表6 尺寸鏈豎式表

表7 尺寸鏈豎式

3結論

電器產(chǎn)品機構零部件公差選擇對其性能影響很大，傳統(tǒng)的設計方法雖然簡單、快捷，但需要設計者對產(chǎn)品功能、零部件的加工工藝、各類機床的性能都相當熟悉，并且，大部分設計者往往偏保守設計，零部件的精度裕度較大，產(chǎn)品的成本偏高，其結果是一個高精度的設計僅帶來微薄的利潤，電器產(chǎn)品的市場競爭力不強。

小部分設計者則選擇過松的零件公差，為降低成本而對機構“粗制濫造”，在電器產(chǎn)品制造和使用過程中，時常發(fā)生機構零部件的運動干涉、機構輸出特性不符要求、機構早期失效等現(xiàn)象，直接損害用戶的利益。精確機械設計是在初步選擇標準的尺寸和形位公差后，對尺寸鏈進行分析計算，結合各尺寸或要素的經(jīng)濟加工精度，得到合理的尺寸和形位公差。

通過對零部件公差精確設計后，可均衡各尺寸或要素的公差，保證圖紙設計要求，降低產(chǎn)品成本，使機械設計趨于精確和合理，值得廣大設計者多多采用；另一方面，通過精確機械設計，還能進一步了解尺寸、要素間的公差關系，有助于對產(chǎn)品的優(yōu)化設計。當然，條件許可時，也可使用CAT公差分析軟件來幫助精確設計零部件的公差。

?本文編自《電氣技術》，標題為“電器產(chǎn)品機構零部件設計的公差選擇”，作者為陳佳成。