1.2 公差與配合
一張完整的零件圖或裝配圖除了用必要的視圖、剖視圖、剖面圖及其他規定的畫法，正確、完整、清晰地表達出零件各部分的內外結構、形狀或各零件間的裝配關系外，還需有完整的尺寸及尺寸公差標注（主要包括尺寸精度、形狀位置精度和表面粗糙度等內容的要求）這既是為滿足零件加工、裝配精度和使用功能的需要，也是為滿足零件互換性的需要（即不論何處或何地生產的零件，隨機拿來不經任何挑選或現場修配就能滿足裝配的要求）。
1.2.1 尺寸公差
零件圖上標注的尺寸稱為公稱尺寸。尺寸標注除了要滿足正確、完整、清晰的要求外，為便于評定實際尺寸制造的準確程度，還應給標注的零件尺寸一個誤差范圍，習慣上稱為尺寸精度。尺寸精度就是實際尺寸對于公稱尺寸的準確程度。目前，精度已作為評定許多可測量量值準確程度的一個概念。如圖1-5a所示，假設軸徑為
，孔徑為
，則?30mm表示設計給定，即圖樣上標注的尺寸稱為公稱尺寸。軸、孔的公稱尺寸通常分別以d、D表示。孔、軸配合時，兩者公稱尺寸應相同，即D=d。
圖1-5 尺寸的偏差與公差
a）尺寸的偏差 b）公差帶
軸徑
中的-0.020、-0.041和孔徑
mm中的+0.040、+0.007分別表示軸的上、下極限偏差（其代號為es、ei）及孔徑的上、下極限偏差（其代號為ES、EI）。意即加工后的軸徑實際尺寸da不得上超最大極限尺寸dmax（dmax=d+es=29.980mm），不得下越最小極限尺寸dmin（dmin=d+ei=29.959mm），即da值落在29.959～29.980mm范圍內才算合格；加工后的孔徑實際尺寸Da不得上超最大極限尺寸Dmax（Dmax=D+ES=30.040mm），不得下越最小極限尺寸Dmin（Dmin=D+EI=30.007mm），亦即Da值落于30.007～30.040mm范圍內才算合格。
實際上確定尺寸合格與否，常以其實際偏差是否落在其上、下極限偏差范圍內為標準。
孔與軸結合時，孔是包容面，孔徑是包容尺寸；軸是被包容面，軸徑是被包容尺寸。此定義也可廣義引申到非圓柱結合的場合，如鍵與鍵槽結合時，槽寬是包容尺寸，通常記作L或B，鍵寬是被包容尺寸，通常記作l或b。
最大極限尺寸與最小極限尺寸之差，即上、下極限偏差之差稱為公差T。因此，上例中，孔的公差TD為TD=ES-EI=0.040mm-0.007mm=0.033mm，軸的公差為Td=es-ei=-0.020mm-（-0.041）mm=0.021mm。顯然，T值越大，尺寸精度越低。
應指出的是，不能混淆“偏差”與“公差”兩者的定義和概念。偏差值有正有負，差值是一絕對值，即正值。公差不存在負值，也不允許為零。
根據國家標準的規定，尺寸精度從高到低分成20個公差等級，用IT表示標準公差，后面的阿拉伯數字表示公差等級。等級數越大，精度越低，即尺寸準確程度越差。
對公稱尺寸相同的零件，可按其公差大小來評定其尺寸精度的高低，但對公稱尺寸不同的零件，就不能只看公差大小，還要看公稱尺寸的大小。在國家標準的20個公差等級中，每一級的公差數值都是隨公稱尺寸大小而變化的。為了使用上的方便，把公稱尺寸分成若干尺寸分段，且每一個尺寸分段和每一個公差等級都有一個相應的公差數值。附錄A摘錄了國家標準規定的標準公差數值。
將孔或軸的公稱尺寸作為零線，零線以上為“+”，以下為“-”，利用其上、下極限偏差值及由其相應確定的公差值可畫出圖1-5b所示的公差帶圖。公差值一經確定，公差帶的上、下極限偏差中只要給出了其中的一個（稱為基本偏差），另一個偏差即可按“ES（es）=EI（ei）+ITX”或“EI（ei）=ES（es）-ITX”計算獲得。同樣，國家標準對基本偏差也給出了規定，圖1-6所示為孔、軸基本偏差示意圖。
圖1-6 基本偏差示意圖
在國家標準規定的極限與配合制中，確定公差帶相對零線位置的那個極限偏差稱為基本偏差。它可以是上極限偏差或下極限偏差，孔的基本偏差為下極限偏差，軸的基本偏差為上極限偏差。其中，孔的上（下）極限偏差分別用ES（EI）、軸的上（下）極限偏差分別用es（ei）表示。
基本偏差的代號：對孔用大寫字母A，…，ZC表示，孔的基本偏差從A～H為下極限偏差，且為正值，其中H的下極限偏差為0，孔的基本偏差從K～ZC為上極限偏差；對軸用小寫字母a，…，zc表示，軸的基本偏差從a～h為上極限偏差，且為負值，其中h的上極限偏差為0，軸的基本偏差從k～zc為下極限偏差。孔、軸的基本偏差各28個。其中，基本偏差H代表基準孔，h代表基準軸。
在國家標準中，對孔、軸分別規定了105、119個一般用途公差帶，其中，對孔、軸又分別篩選出了44、59個常用公差帶，在此基礎上又進一步篩選出孔、軸各13個優先采用的公差帶（見圖1-7和圖1-8），方框內的是常用公差帶，圓圈中的是優先公差帶。設計時，應優先選用優先公差帶，其次選用常用公差帶，最后才選用一般用途公差帶。
各種基本偏差代號與不同的標準公差等級代號配合使用便形成了不同的孔、軸公差帶，如?16H8表示公稱尺寸為?16mm，公差等級為8級的基準孔。GB/T 1800.1—2009對孔與軸公差帶之間的相互關系規定了兩種制度，即基孔制及基軸制兩種。基孔制中的孔稱為基準孔，其基本偏差為H，下極限偏差為0；基軸制中的軸稱為基準軸，其基本偏差為h，上極限偏差為0。
圖1-7 一般常用和優先采用的孔公差帶
圖1-8 一般常用和優先采用的軸公差帶
根據公稱尺寸相同的孔、軸之間的結合關系，孔、軸之間的配合分為3類：
1）若始終出現孔尺寸大于軸尺寸，此時將出現間隙X，稱作間隙配合，在公差帶圖上表現為孔公差帶居于軸公差帶之上（見圖1-9a）。最大間隙Xmax=ES-ei，最小間隙Xmin=EI-es。
2）若始終出現軸尺寸大于孔尺寸，此時將出現過盈y，稱為過盈配合，在公差帶圖上表現為軸公差帶居于孔公差帶之上（見圖1-9c）。最大過盈ymax=es-EI，最小過盈ymin=ei-ES。
圖1-9 配合示意圖
3）若時而出現間隙，時而出現過盈，取件前未能預料，一經取定結合后才能確定其是間隙配合或是過盈配合，此謂之過渡配合，在公差帶圖上表現為孔、軸公差帶部分或全部重疊（見圖1-9b）。此時出現的最大間隙Xmax=ES-ei，最大過盈Ymax=EI-es。
由此可知，改變孔、軸公差帶的相對位置可得到不同性質的配合和松緊程度。當基準孔與基本偏差為a～h的軸配合時為間隙配合，與基本偏差為j～n的軸配合時為過渡配合，與基本偏差為p～zc的軸配合時為過盈配合；當基準軸與基本偏差為A～H的孔配合時為間隙配合，與基本偏差為J～N的孔配合時為過渡配合，與基本偏差為P～ZC的孔配合時為過盈配合，如圖1-10所示。
孔與軸的配合公差代號由孔與軸的公差帶代號組成，寫成分子、分母的形式，其中分子代表孔的公差代號，分母代表軸的公差代號。例如，
表示孔、軸的公稱尺寸為12mm，孔公差等級為8級的基準孔與公差等級為7級、基本偏差為f的軸配合，其配合性質為基孔制間隙配合。
1.2.2 表面粗糙度
加工表面上由于切削刀痕等原因造成的具有較小間距的峰谷所組成的微觀幾何形狀稱為表面粗糙度。表面粗糙度一般由所采用的加工方法和其他因素來決定。
1.表面粗糙度的符號
表面粗糙度的基本符號是由兩條不等長、夾角為60°且與被注表面投影輪廓線成60°的傾斜細實線組成，如圖1-11a所示。
圖1-10 基孔制與基軸制的配合性質
a）基軸制 b）基孔制
圖1-11 表面粗糙度的符號
a）基本符號 b）用去除材料法加工表面 c）不去除材料法加工表面 d）完整符號
在基本符號上加一短劃，表示該表面是用去除材料法獲得的，如車、銑、磨、拋光等加工，如圖1-11b所示；在基本符號上加一小圓圈，表示該表面是用不去除材料的方法獲得的，如鑄、鍛、粉末冶金等，或者是表示保持原供應狀況的表面，如圖1-11c所示；當要求標注表面結構的補充信息時，應在上述3個圖形符號的長邊上加一橫線，如圖1-11d所示。
2.表面粗糙度的標注
表面粗糙度的等級一般用輪廓算術平均偏差Ra的數值來表示。Ra數值（μm）一般為：0.012、0.025、0.05、0.1、0.2、0.4、0.8、1.6、3.2、6.3、12.5、25、50、100。表1-1列出了表面粗糙度代號的標注示例。
表1-1 表面粗糙度代號的標注示例
（續）
3.表面粗糙度符號及代號在圖樣上的標注
表面粗糙度符號及代號一般標注在圖樣上零件的可見輪廓線、尺寸界線、引出線或它們的延長線上，符號的尖端必須從材料外指向表面，如圖1-12所示。
當零件的大部分表面具有相同的表面粗糙度時，對其中使用最多的一種代號可以統一注在圖樣的右下角，并在代號后加注“（√）”。若零件全部為同一種表面粗糙度，則可將使用的代號在圖樣的右下角標出。
圖1-12 表面粗糙度的標注
1.2.3 幾何公差
在零件加工過程中，由于設備精度和加工方法等多種因素，使零件表面、軸線、中心對稱的平面等的實際形狀、方向和位置相對于所要求的理想形狀、方向和位置存在著不可避免的誤差，這種誤差稱為幾何公差（原名形狀和位置公差）。
表1-2列出了幾何公差項目的符號。
表1-2 幾何公差項目的符號
（續）
1.幾何公差的標注
幾何公差代號用帶指示箭頭的指引線和框格來標注。框格用細實線畫出，分成兩格或多格，水平放置（特殊情況可垂直放置）。其中，第一格是幾何公差符號，第二格是幾何公差數值及其有關符號，第三格及以后各格是基準代號字母及有關符號。幾何公差的標注參見表1-3。
在圖樣上，幾何公差應按相關國家標準規定的代號及標注方法進行標準。當無法采用代號標注時，允許在技術要求中用文字說明，如果既無代號標注又無文字說明，則按國家標準中未注幾何公差標準的規定執行。
2.幾何公差的含義
常用的幾何公差包括：直線度、平面度、對稱度、圓度、平行度、垂直度等。其定義及示例標注含義見表1-3。
表1-3 常用的幾何公差定義及示例標注含義
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