锥孔轴结构中该如何设计锥度角的公差

在设计工作中，我们会遇到一些锥孔轴配合的结构，该结构中锥度角的公差值如何给定才能获得更高的轴向装配精度呢？下面我们通过一个案例进行分析，产品结构如图1所示。

（图1）

在此结构中，锥度角的公差一般会有3种标注方式（角度公差大小一致，公差带位置不同）；标注方式一如图2所示、标注方式二如图3所示、标注方式三如图4所示。

（图2）

（图3）

（图4）

下面以轴左端起锥点到孔左端起锥点的距离为参考（如图5所示），通过尺寸链计算来对比三种标注方法对我们的轴向装配精度X会产生哪些影响。

（图5）

标注方式一：此时轴的锥度角小于孔锥度角，孔轴在左侧接触，我们可得到如图6所示的尺寸关系。

（图6）

在DCC中绘制尺寸链图（如图7所示）进行计算，极值法计算结果如图8所示：

（图7）

（图8）

标注方式二：此时轴的锥度角大于孔锥度角，孔轴的圆锥面在右侧接触，我们可得到如图9、10、11所示的尺寸关系。

（图9）

（图10）

（图11）

在DCC中绘制尺寸链图（如图12所示）进行计算，极值法计算结果如图13所示：

（图12）

（图13）

标注方式三：轴的锥度角α1和孔锥度角α2都标注相同的对称公差，此时因α1和α2公差带重合，α1和α2的相对大小不确定;当α1＜α2时，适用图7的公差模型；当α1＞α2时，适用图12的公差模型，带入参数计算可得极值法计算结果如图14、15所示。

（图14）

（图15）

图14计算结果的前提是α1＜α2，α1为减环，所以α1的公差在-20′时，X1的极大值为真值，α1在趋近20′的公差时，无法保证α1＜α2的计算前提，极小值为假值应舍去。

图14的计算结果的前提是α1＞α2，α1为减环，所以α1的公差在20′时，X1的极小值为真值，α1在趋近-20′的公差时，无法保证α1＞α2的计算前提，极大值为假值应舍去。

所以，最终第三种标注方式，X3的值为8.66025（0.23285，-0.17424）。三种标注方式最终的计算结果统计如下表所示：

对比计算结果可以发现，当关注点为轴左端起锥点到孔左端起锥点装配精度，标注方式一闭环累积的误差最小，装配精度最高。

若产品的关注点为轴右端起锥点到孔右端起锥点装配精度，此时标注方式二闭环累积的误差最小，装配精度最高，具体分析方法与本文一致，不再赘述。

另外还需注意，标注方式一和标注方式二的孔/轴锥度角的极限差值较大，会导致锥面之间的间隙较大，不利于产品的密封性，如果产品的关注点在密封性上，对轴向定位精度要求不高，那么应该采用标注方式三。