1.1　互换性概述

1.1.1　互换性的含义

互换性在日常生活中随处可见，例如，灯泡坏了换个新的，手机、电脑的零件坏了也可以换新的，这是因为合格的产品和零部件都具有在材料性能、几何尺寸、使用功能上彼此互相替换的性能，即具有互换性。广义上说，互换性是指某一产品、过程或服务能用来代替另一产品、过程或服务并满足同样要求的能力。

制造业生产中，经常要求产品的零部件具有互换性。产品或者机器由许多零部件组成，而这些零部件是由不同的工厂和车间制成的，“在同一规格的一批零部件中任取一件，不需要经过任何选择、修配或调整，就能装配在机器上，并且满足使用要求”的特性就是零部件的互换性。广义上讲，互换性包括几何参数（如尺寸、形状、相对位置、表面质量）、力学性能（如强度、硬度、塑性、韧性）、理化性能（如磁性、化学成分）的互换，本书只讨论几何参数的互换性。

1.1.2　互换性的分类

（1）按互换程度的不同，可以把互换性分为完全互换性和不完全互换性两类。

完全互换性简称互换性，以零部件装配或更换时不需要挑选或修配为条件。一般来说孔和轴加工后只要符合设计的规定要求，就具有完全互换性。

不完全互换性也称有限互换性，在零部件装配时允许有附加条件的选择或调整。对于不完全互换性可以采用分组装配法、修配法、调整法或其他方法来实现。

所谓分组装配法是将加工好的零件按照实测尺寸分为若干组，使每组内的尺寸差别比较小，再按相应组进行装配，大孔配大轴，小孔配小轴，组内零件可以互换，组与组之间不可互换。分组互换既可以保证装配精度和使用要求，又可以降低成本。

修配法用补充机械加工或钳工修刮的办法来获得所需的精度，如普通车床尾座部件中的垫板，其厚度需要在装配时再进行修磨，以满足头尾座顶尖等高的要求。

调整法也是一种保证装配精度的方法，其特点是在机器装配或使用过程中，对某一特定零件按所需要的尺寸进行调整以达到装配精度要求。例如在装配时对减速器中的端盖与箱体间的垫片的厚度进行调整，使轴承的一端与端盖的底端之间预留适当的轴向间隙，以补偿温度变化时轴的微量伸长，从而避免在工作时可能产生轴向应力而导致轴的弯曲。

（2）对标准零部件或机构来讲，其互换性又可分为内互换性和外互换性。

内互换性是指部件或机构内部组成零件间的互换性，外互换性是指部件或机构与其相配合件间的互换性。例如，滚动轴承内、外圈滚道直径与滚动体直径间的配合为内互换性；滚动轴承内圈内径与传动轴的配合、滚动轴承外圈外径与壳体孔的配合为外互换性。

为使用方便起见，滚动轴承的外互换采用完全互换，内互换则因为组成零件的精度要求较高、加工困难而采用分组装配法，为不完全互换。一般来说，不完全互换只用于制造厂内部的装配，厂际协作即使产量不大也采用完全互换。

1.1.3　互换性的作用

互换性原则被广泛采用，因为它不仅对生产过程有影响，还涉及产品的设计、制造、装配、使用、维修等各方面。

（1）在设计方面，零、部件具有互换性可以最大限度地采用标准件和通用件。减少设计工作量，缩短设计周期，有利于开展计算机辅助设计和实现产品品种的多样化。例如开发汽车新产品时，可以采用具有互换性的发动机和底盘，不需要重新设计，而把设计重点放在外观等方面，大大缩短了设计与生产准备的周期。

（2）在制造方面，互换性有利于组织专业化生产，可采用高效率的专用设备，有利于组织流水线和自动线等先进生产方式，有助于进行计算机辅助制造，从而提高产品质量和生产效率，降低生产成本。例如在汽车制造业，汽车制造厂通常只生产主要部件，其他大部分的零、部件采用专业化的协作生产。

（3）在装配方面，由于零、部件具有互换性，因此装配时不需任何辅助加工，减轻了劳动强度，缩短了装配周期，有利于实现装配过程的机械化和自动化。

（4）在使用和维修方面，零、部件具有互换性，可及时更换已经磨损或损坏的零、部件，以减少机器的维修时间和费用，保证机器的使用效率，延长使用寿命。

综上所述，互换性在提高劳动生产率、保证产品质量和降低生产成本等方面具有重大的意义。互换性原则已成为现代制造业中的重要生产手段和有效的技术措施。应当指出，互换性原则不是在任何情况下都适用的，有的零件必须单配才能制成或者符合经济原则，然而在这种情况下，也不可避免地要用到具有互换性的刀具或量具，因此互换性确实是基本的技术经济原则。

1.1.4　互换性的实现

任何零件都有一个加工的过程，无论设备的精度和操作工人的水平多么高，加工后的一批同规格的零、部件之间，相对应的实际几何参数（如尺寸、形状、相对位置、表面质量）也不可能完全一样。实际上，为了保证几何参数的互换性，只要把加工后的零、部件的实际几何参数控制在产品性能所允许的变动范围内即可，这个允许的变动范围叫做“公差”。至于零、部件的实际几何参数的变动量是否在规定的公差范围内，则要通过测量和检验手段来判断。

为了使零、部件具有互换性，首先必须对几何参数提出公差要求，只有在公差要求范围内的合格零件才能实现互换性。为了实现互换性生产，对各种公差要求还必须具有统一的术语、协调的数据和正确的标注方式，使从事机械设计或加工的人员具有共同的技术语言和依据，因此必须制定公差标准。公差标准是对零件的公差和相互配合制定的技术基础标准。

有了公差标准，还要有相应的检测技术措施来保证检测实际几何参数是否合格，从而保证零、部件的互换性。在检测过程中必须保证计量基准和单位的统一，这就需要规定严格的尺寸传递系统，从而保证计量单位的统一。检测不仅用来评定产品质量，还能用于分析产品不合格的原因，以便及时调整生产，预防废品的产生。产品质量的提高，除了设计和加工精度的提高外，往往更有赖于检测精度的提高。

综上，制定和贯彻公差标准、合理设计公差、采用相应的检测技术是实现互换性、保证产品质量的必要条件。