公差設計一直是個熱門的話題，源于大家在工作的過程中，會遇到形形色色的問題。譬如：供應商無法制造出滿足公差要求的產品；產品裝配之后，出現了“裝配困難”的現象；圖紙在發行之后，出現了后期調整公差的現象；產品滿足公差，但是出現了試驗沒有通過的情況……諸如此類。

當遇到這些問題之后，可能大家會對研發有所抱怨，也想知道這個世界上是否有比較好的公差設計方法，來避免或者減少后期的一些問題，讓問題在設計的早期盡可能地發現。這一篇文章，我們來談一談公差設計的幾種方法。

方法一：類比法

所謂類比法，就是考慮所設計產品的使用要求，參照同類型產品的設計要求，進行設計。該方法被廣大機械設計師采用，具備較多優點：

1.參照前人的設計，然后考慮新產品的要求進行優化，能夠避免重復再犯很多前人犯過的錯誤，減少錯誤的成本。

2.通過類比法，可以快速地確定本行業的產品參照何種類型的公差精度，避免成本過高或者生產過程中出現問題。

3.能夠減少大量的工作，包括尺寸公差的累積、干涉、間隙計算，關鍵尺寸的識別等，還能防止遺漏部分關鍵尺寸。

4.適合當今的快速開發的節拍，所考慮不周全的方面，也能在仿真分析，后續的試生產等環節中能夠發現并進行優化和調整。

可能很多人對于類比法有些垢病的原因是，在開發周期和量產過程中出現了一些干涉配合的問題。但是我們應該明白，任何的公差設計方法，都無法保證萬無一失，只有合適與不合適的情形。

當然，類比法也有缺點，例如：在知識沒有得到很好傳承的時候，可能很容易“知其然而不知所以然”，因此，我們可能會需要一些例如FMEA，控制計劃等文件將知識傳承下來，以避免新人上陣的時候，只會復制，而不懂得變通。

方法二：計算法

容差設計和尺寸鏈計算都是屬于計算法的范疇。容差設計是根據顧客或者其它要求，對零件的公差進行分配，以滿足既定的設計要求：間隙或者過盈。統計公差RSS法也是屬于容差設計的范疇，但由于管控成本高，且在有其它替代方法的情況下，如調整公差，一般不會采用統計公差。尺寸鏈計算則可以通過反向的方式，來檢查所分配的公差是否滿足設計的目標。

計算法可用于裝配的零件公差分配。相對來說，它是經過嚴密計算出來的公差，具備科學性，一般能夠滿足設計要求，而且為批量制造，自動化制造提供便利，零件滿足互換性要求。即便是設計工程師和制造場地不在同一個地方，制造場地仍然可以獨立的按照圖紙進行施工并能夠滿足裝配要求。在設計階段，部分會采用計算方法，特別是顧客和內部高關注的地方，例如：顧客要求的間隙，可采用容差設計來分配公差，尺寸鏈來計算是否滿足設計要求。

計算法目前采用的范圍并不廣泛，主要原因如下：

1.計算法一般用于裝配過程，但實際的產品尺寸和公差不僅僅限于裝配，還有一些獨立的要求，例如：工作中經常使用的量規，量具，它們的公差和精度要求通常是由行業的特性來決定的；一些產品的外形尺寸，如：手機，電腦等產品，它的主要功能是外形輪廓的美觀，舒適等。

2.計算法需要投入大量的時間和精力來進行，這對研發的工作量來說并不少。客觀來說，它很難適應開發的進度，可能等公差計算做完，這個項目早就到SOP的時間點了，而其它工作如開模，供應商定點還沒有開始。

3.計算法可能包含重復的計算工作。像查表法（IT等級）和類比法中，其實已經包括了一些已經完成的計算工作，它們的誕生本身就是為了減少工作量而確定的，特別是IT等級，它已經將計算的工作完成，方便機械設計師快速查閱和使用。

4.計算法不能脫離其它方法而獨立工作。容差設計可以保證你的設計要求向下一層的零件傳遞，但是無論如何，最初始的要求卻并非總是來自于上一層的傳遞。如果在零部件行業，很容易理解設計要求可以來自于上一級總成；但如果你是最終端產品的設計者，它的公差精度（+/-0.1？+/-0.01？+/-0.001）可能還是需要參考行業標準，公司其它產品的設計。尺寸鏈計算也可以計算出一個配合的最大最小過盈量，最大最小間隙量，但它永遠無法判斷這個間隙或者這個過盈是否會遭遇生產線工人的吐槽。它仍然需要參考同類型的設計，評審是否存在問題。

5.計算法也不能保證一定不會出現問題。特別是對于一些零件在裝配后需要滿足一些特定條件的使用，例如：機械運動，受到熱脹冷縮和摩擦系數，裝配變形等的影響，后期仍然會需要通過仿真分析、試生產等環節來進行分析，發現問題和改進問題。

方法三：查表法

選用公差等級就是解決零件使用要求與制造經濟性的矛盾。機械設計工程師可以通過查表法來快速獲得所需的公差等級（含精度），減少大量重復的計算工作。在《公差與配合》手冊中，提供了較多具有參考價值的內容。

圖3：IT等級及應用（1）

在圖3中，可以看到，一些沒有裝配要求的產品，如量規，精密機械零件的尺寸，可以直接選用相對應的IT等級來定義公差等級（含精度）。

圖4：IT等級及應用（2）

從圖4中可以看到，當我們需要定義一些零件和裝配要求的最初始輸入時，除了用類比法參照相同產品的設計，也可以從IT等級中找到相對應的要求。

圖5：IT等級及應用（3）

從圖5中可以看到，在實際的產品應用中，有大量的非裝配尺寸存在，可以使用未注公差，可以參考IT等級。

IT等級的作用遠不止這些，它還提供了一些常用的配合可供選型。當你知道設計輸入是一個間隙或者過盈配合，且能夠將其量化的時候，就可以參照IT等級直接選用。

例如：Φ25孔軸配合，要求間隙為40-95μm，可以通過GB/T1801進行查表，能夠很快找到H8/e7和E8/h7滿足間隙要求（小于允許的最大間隙）。根據實際應用，優先選用基孔制（部分應用會優先選用基軸制），即孔軸的配合公差為Φ25 H8/e7。至于H8/e7是否滿足產品的公差等級，可以參考圖3-5中的IT等級和應用（備注：圖3-5中沒有列舉IT8，需要另行去找《公差與配合》中的相關內容。）

圖6：GB/T1801優選、常用配合極限間隙或極限過盈

方法四：根據加工精度定義公差

容差設計中，可以將總體的設計要求，如間隙等往下一級零部件傳遞，特別是多個零件進行裝配的時候，可以將總體的公差分配到每個零件的公差上去。如下圖，總的要求是裝配之后的公差在+/-0.2的范圍之內，如果是4個零件進行裝配，采用平均值的方法，則每個零件的公差為+/-0.05.

圖7：極值法計算公差

但這種平均的方法也有弊端，它沒有考慮零件的公稱尺寸大小，以及設備加工精度所帶來的成本問題。公稱尺寸較大，則公差要寬；公稱尺寸較小，則公差可以相對較小。一個100mm長的零件和10mm長的零件，不可能公差都是+/-0.1mm。

另外，不同的加工工藝，其所達到的精度也有所不同。我們假定其中一個零件是注塑件，另外一個零件是機加工件。很顯然，機加工很容易達到+/-0.05mm甚至+/-0.03mm以內的公差。但注塑件要從+/-0.1mm達到+/-0.05以內，其成本要明顯地上升，包括模具從普通模具升級到精密模具，注塑機臺也必須由普通的油壓機變成進口的電動注塑機。因此，在權衡成本的情況下，考慮設備的制造精度和公稱尺寸的大小，注塑件可能會分配到+/-0.1的公差，而機加工則可能只有+/-0.03的公差。

同樣的道理，某量具廠制造了一塊量塊，根據本文中的方法三，獲得了量塊的制造公差為240-0.0170/-0.0242。該量塊需要使用海綿進行固定，并且采用不允許有松動的方式進行包裝。該海棉顯然不會采用和量塊一樣的尺寸精度，而是根據海綿的制造精度來定義公差，例如：240-0.1/-0.3。

方法五：產品目錄里的零件（catalog零件）的公差設計

有一些行業，具備自己的特殊狀況，產品在設計開發時，只有一些目標客戶群體，以及確定的一些產品應用范圍。它并沒有具體針對哪個客戶，因此在設計開發時，也不知道顧客的具體要求是什么。這些企業在開發完產品之后，會通過各種銷售渠道到市場上售賣。同時，一些顧客也會在設計開發的時候，會根據企業的產品目錄來進行選型。

在這種情況下，顧客與企業的關系并不緊密。甚至，產品已經采購使用多年了，兩家公司并未真正的有過溝通和聯系，多數是通過貿易商、代理商來溝通的。

我們會把這種零件叫做catalog零件，即產品目錄里可以供選用的一些零件，它的規格參數，尺寸等均已經定好，不會隨著顧客的要求而發生改變。一旦發生改變，就變更成為一個新的零件。常見的這一類型的零件有：芯片，鋼材，樹脂，連接器，電子元器件，阻尼，O型圈、磁鐵等等。這些零件會在規格書上標注其相對應的參數，包括尺寸公差。而在標注這些參數及其公差的時候，會考慮的是，目標顧客的大致需求，行業的標準以及企業的制造能力，產品的競爭優勢等。有時候，它們的公差還會標注的特別寬，以至于顧客在設計的時候，會帶來一定的麻煩，例如：需要額外進行分組；兼顧它的公差要求而改變其它產品的公差，等等。

這樣的案例其實很多，但又沒有其它更好的選擇。首先，這些catalog零件的價格便宜，而且質量有相當的保證，并具有一定的專利。其次，企業無法繞開這些頗具競爭力的零件，而從頭開始，是因為需求量較小，沒有企業愿意投入過高而缺少回報。

舉一個O型圈的例子，由于密封的需求，通常會采用O型圈。O型圈是由橡膠制成的，而橡膠的質量也非常重要。很多O型圈的廠商，都會開發一些標準的O型圈，不僅價格便宜，而且質量有保證，很難找到替代品。但隨即帶來的問題是，O型圈的公差比較大，設計時在考慮壓縮比的同時，只能壓縮其它零件的公差，而不是O型圈的公差。

方法六：極具行業特點的公差設計

還有一些行業，其公差的規則和我們機械設計完全不一樣，但我們的產品設計也離不開它們，例如：線纜。傳統的機械零部件，是測量任意位置均落在公差范圍之內，但是線纜不是。它是一個擠出工藝，產品的外形會隨著重力的作用而發生變化，從橫截面來看，它可能是扁的。那么，在測量的時候，直徑小于25mm的線纜，是通過任意2個垂直90度的角度來測量直徑，然后取其平均值；直徑大于25mm的線纜，則是通過類似卷尺的測量工具，先測量其周長，再通過公式來獲得直徑。

在與線纜的裝配工藝中，如果你想通過過盈配合來固定一條線纜，那么，后期導致的問題是，無論你的過盈里是多少，這根線纜可以在產品里滑動。因此，我們在生活中見到的線纜或者線束，絕大多數是通過模具，將線纜與其要配合的塑料件進行注塑，通過熔化的方式，將兩者結合起來。