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技術趨勢
美國ASA公差規範
2018.07.16∣瀏覽數:175

文 ◆ 陳銘德

美國於十九世紀初頁,最早使用公差觀念,克服零件於組裝配合不順利之問題,加上當時國內市場龐大需求,引發各行業以機械代替人力之創造發明,早期設計圖自然引用當代之機械公差配合規範,但某些較傳統產品至今仍有一定數量之需求,可惜設計圖未跟隨更新,因此當後續接班經營者委外製作時,承商如何面對。

某日有三位美國人造訪趙董,攜有一筆除草機之大訂單,看趙董是否有承製意願,趙董欣喜熱誠招待,並請設計、製造、檢驗、生管部門主管一齊開會,就設計圖內容、製作精度、量測儀具與交貨時程通盤考量接單與否。製作主管首先發現尺度在0.001,還好單位是inch.,廠內機器精度可應付,檢驗主管對英制螺牙也備有英制牙規,趙董注意到有些公、母配之標註與JIS不一樣,如Loosefit/ Free fit / Medium fit / Snug fit等所代表之意義,設計主管立即查[設計便覽]內第10c-19章節,發現雖載有8級配合之軸孔公差數學式,但無各級配合之適用時機,太簡略沒把握,不知如何訂製作公差,建議放棄。

ASA係屬美國早期第一次整合為國家級規範,之前各廠商各自有一套公差標準,且在各自同業間已使用數十年。1925年美國標準協會(American Standards Association,ASA)與美國機械工程學會(American Societyof Mechanical Engineers,ASME)合作成立Sectional Committee B4,彙整機械產業當時所使用之規範,統一採公稱尺寸開立方為基礎,劃分為八大類別,涵蓋大多數當時製造業之需求,供同業採用,經審查後通過,頒佈為美國公差配合標準。

配合類別如下:Loose fit(鬆配合),適合精度要求不高,餘隙較大之農機、採礦工具。Free fit(自由配合),適合轉速高於600 rpm,壓力高於600 lb/in2之發電機、馬達、引擎及汽車件。Medium fit(中級配合),適合轉速低於600 rpm,壓力低於600lb/in2之精密工具機及汽車件。Snug fit(舒適滑動配合),適合手工最緊之配合(間隙最小為零)之有負荷時不能自由轉動、感覺無鬆動之配合。Wringing fit(輕壓/緊貼配合),適合選配無互換性,輕槌敲配。Tight fit(緊配合),適合稍加壓力於具微小公緊之組配。大件厚剖面及薄剖面壓配,可獲致半永久性之配合,如齒輪、皮帶輪 (Pulley)與搖臂(Rocker arm)等之柱頭 螺栓之固定端;薄剖面之收縮配合。Medium force fit(中級壓緊配合),適合大壓力組裝如火車輪、一般車輛、發電機與馬達轉子、曲柄盤之壓配;中等剖面之收縮配合。外套為鑄鐵件之最緊密配合,鑄鐵件產生之應力接近降伏強度。Heavy force and shrink fit(重壓縮緊配合),適用於外套為高降伏強度合金鋼件。如不易施作可採收縮配合,冷縮熱漲之鑄鐵輪與鋼質輪緣、高級鋼質輪緣套環與輪體、飛機發動機內之鋁質汽缸頭裝配、砲環與砲管等。軸徑大於3吋之壓配需加鋼質鍵銷(Key),避免滑動,因據引導功能且可維持緊配,降低因微小扭轉產生軸與殼間之連續潛變、鬆脫。如能依據上述查詢適合之功能需求,再配合下表計算,即可找到公母配之製作公差。

例如基本公稱尺寸為2.5 in.,依美國ASA 需自由配合(free fit)及基孔制,計算孔、軸之加工尺寸。

解:d=2   (2.125×2.375)=2.2465 in.採 自由配合(free fit)2級,最小公隙Cmin= 0.0014d2/3=0.0024 in.,母件公差=公件公 差=Th=Ts=0.0013d1/3=0.0017 in.,母件 最小尺寸=d=2.5 in.,母件最大尺寸=d+ Th=2.5017 in.,孔徑=2.5+0.0017 in.,公件最大尺寸=d-Cmin=2.4976 in.,公件最 小尺寸=2.4976-Ts=2.4959 in.,軸徑= 2.4976-0.0017in.。最小餘隙=0.0024 in.,最 大餘隙=0.0058 in.。

附錄
1.基本孔徑制:母件之基本尺寸(最小尺寸)為公稱尺寸。公稱尺寸:兩配合件共有之大約尺寸。基本尺寸:理論分析計算或經 驗之尺寸。相關公差數學模式,d=公稱尺 寸,公稱尺寸範圍時取幾何平均。(1).各級: 母件最小尺寸=d;母件最大尺寸=d+Th; MMC:d+Th。(2).公隙配合之1、2、3、4各 級:公件最大尺寸=d-Cmin;公件最小尺寸 =(d-Cmin)-Ts;MMC:(d-Cmin)-Ts。 (3).平均公緊配合之5、6、7、8各級:公件 最小尺寸=d+IAV;公件最大尺寸=(d+ IAV)+Ts;LMC:(d+IAV)+Ts。

2.基本軸徑制:軸件之基本尺寸(最大或 最小尺寸)為公稱尺寸。(1).1、2、3、4各級數學關係式,公隙配合:公件最大尺寸= 公稱尺寸=d;公件最小尺寸=d-Ts; 基本 尺寸採MMC:d-Ts。母件最小尺寸=d+Cmin; 母件最大尺寸=(d+Cmin)+Th;基本尺寸採 MMC:(d+Cmin)+Th。(2). 5、6、7、8各級 數學關係式,過渡或公緊配合採平均公緊 配合。公件最小尺寸=d;公件最大尺寸= d+Ts;基本尺寸採LMC:d+Ts。母件最小尺寸=d-IAV;母件最大尺寸=(d-IAV)+Th;基本尺 寸採MMC:(d-IAV)+Th。

建議
承商如不知美規公差發展沿革,就面臨看不懂公差配合符號,其實很簡單,只要請美商提供或代購當代之國家標準規範,即可迎刃而解。另外;承商如具備將公、母零件之 配合間隙或干涉量轉化為ISO制,更能使年輕設計工程師上手。

參考文獻
1.美國ASA 34a/USAS B4.1/B4.2, 1925/1967/1978.
2. 嚴轟,機械設計之允差配合,徐氏文教基金會,中華民國90年.
3.小栗富士雄,標準機械設計圖表便覽,台隆書店,中華民國60/71年.



 

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