工程公差、配合
与几何公差
（GD&T）实用指南

公差是工程图纸中允许实际几何形状偏离理想形状的范围量——没有公差，图纸定义的是无法制造的完美几何体；有了公差，图纸定义的是在正确装配和使用中能够正常发挥功能的几何体族。正确的公差规格——紧到足以保证功能，宽到可以以合理成本制造——是区分优秀机械工程师和优秀"画图员"的核心能力之一。

ISO 286 尺寸公差体系的结构

ISO 286-1 为圆柱形要素（孔和轴）定义了标准化公差体系，由两个参数的组合确定公差带：

公差等级（IT 号，International Tolerance Grade）：IT01 至 IT18，决定公差带的大小（公差数值）。IT 号越小，公差带越小（精度越高）。不同 IT 等级对应的典型工艺：

• IT01–IT3：精密量规和基准器具制造（接近工艺极限）
• IT4–IT6：精密机加工配合（精磨、研磨、精铰）
• IT7–IT8：一般精密配合（铣削、车削、钻孔、铰孔）
• IT9–IT11：一般机加工（公差较宽松，用于非配合面）
• IT12–IT16：铸造、锻造、粗加工

基本偏差（偏差代号）：大写字母（A–ZC）用于孔，小写字母（a–zc）用于轴，决定公差带相对于公称尺寸（零线）的位置（即公差带偏向正差还是负差）。最重要的两个基本偏差：

• H（孔）：下偏差（EI）= 0，公差带从零线向上延伸。基准孔的标准代号。
• h（轴）：上偏差（es）= 0，公差带从零线向下延伸。基准轴的标准代号。

完整的公差代号 = 公称尺寸 + 基本偏差字母 + IT 号，如"Ø25H7"表示直径 25 mm 的孔，基准孔（H），IT7 级精度。实际偏差值从 ISO 286-2 公差表查取（或通过规律性公式计算）。

配合类型和设计选择

基孔制（Hole Basis System）：以 H 系列孔（下偏差为零）为基准，通过改变轴的基本偏差实现不同配合。这是最常用的体系，因为孔比轴更难以精确调整偏差（铰刀和镗杆天然产生 H 基准孔）。

基轴制（Shaft Basis System）：以 h 系列轴为基准，通过改变孔的偏差实现不同配合。用于不能修改轴径的场合（如购买的标准轴）。

三类配合：

常用配合的具体应用：

• H7/g6（滑动定位配合）：精密间隙，用于精密轴套、机床主轴轴承座，需要定期拆卸但又要求精确定心
• H7/k6（过渡定位配合）：零间隙或微小过盈，用于轮毂键槽定位，需精确定心且偶尔拆卸
• H7/p6（轻压配合）：需要一定力（锤击或小型压机）安装，不需要热装，偶尔可拆卸
• H7/s6（中压配合）：须用液压压机安装，不能正常拆卸（须加热）——用于要求可靠固定的联轴器和齿轮

几何公差（GD&T）的工程价值

尺寸公差（ISO 286 线性公差）仅控制尺寸大小，无法完整定义零件的功能几何要求。几何公差（GD&T，Geometric Dimensioning and Tolerancing，ISO 1101 / ASME Y14.5）将公差扩展到形状、方向和位置的控制，提供更精确、更全面的设计意图表达。

GD&T 特征控制框（Feature Control Frame）

GD&T 用特征控制框（Feature Control Frame，FCF）表达，格式：符号 | 公差值 | 基准引用。例如：⊕ | Ø0.3 | A | B 表示"相对于基准 A 和 B，位置度公差 Ø0.3 mm（圆柱形公差带）"。

形状公差（无需基准）

• 平面度（⏥）：平面须在两平行平面内，控制整个平面的起伏。用于法兰密封面（结合表面粗糙度）、精密机床工作台。注意区分平面度（整个面）和直线度（单条线）。
• 圆度（○）：每个横截面须在两同心圆之间。控制轴或孔在单个截面的圆形度——区别于圆柱度（控制整个圆柱面）。
• 圆柱度（⌭）：整个圆柱面须在两同轴圆柱之间，同时控制圆度、直线度和锥度。是对旋转密封面（如液压杆密封接触面）最完整的控制形式。
• 直线度（⏤）：适用于线元素（轴线方向的素线直线度）或轴线（整条轴线须在圆柱形公差带内）。

位置度（⊕）——最重要的 GD&T 符号

位置度是 GD&T 中使用最广泛的符号，控制要素（孔、轴、表面）相对于理论正确位置（TED，Theoretically Exact Dimension）和引用基准的位置偏差。

圆柱形公差带（Ø 修饰符）：对于孔位置度，圆柱形公差带（用 Ø 修饰符表示）比矩形公差带（±X + ±Y 坐标公差形成）更合理：在功能等价的最坏情况下（螺栓通过最大允许偏差的孔），圆柱形公差带面积比矩形公差带大 57%——这意味着相同的装配功能要求，GD&T 位置度允许更多零件通过检验，或同等合格率下可指定更严格的功能公差。

将孔组的 ±X、±Y 坐标公差替换为 GD&T 位置度，通常使孔的合格率提高 30–40%，而不降低任何装配功能要求——这是 GD&T 最直接的工程经济价值。

基准体系——功能驱动的基准选择

GD&T 方向和位置公差须引用基准要素（Datum Feature），建立测量坐标系：

• 主基准（Primary Datum，A）：通常是最主要的安装面，定义空间最大自由度约束（3个）——典型是零件安装接触的平面
• 二级基准（Secondary Datum，B）：进一步约束 2 个自由度——典型是定位孔或外圆
• 三级基准（Tertiary Datum，C）：约束最后 1 个旋转自由度——典型是定位销孔的另一个方向

基准选择的原则：按装配中的实际定位方式选择基准（称为功能驱动基准，Functional Datums），而不是按制造方便性选择。反映装配定位方式的基准，确保通过检验的零件能正确装配，而不通过检验的零件确实无法正确工作——这是 GD&T 比传统坐标公差更准确表达设计意图的根本原因。

总结

ISO 286 公差体系提供了标准化孔轴公差的完整框架：IT 等级控制公差带大小，基本偏差字母控制公差带位置，两者组合确定具体偏差值。三类配合（间隙、过渡、过盈）须与装配功能要求和拆卸频率匹配。GD&T（ISO 1101 / ASME Y14.5）将公差控制扩展到形状、方向和位置——位置度圆柱形公差带比坐标公差大 57%；基准按装配定位功能选择，而非制造便利性。公差设计须以功能为驱动，避免不必要的过严公差带来的额外制造成本。