什么是互换性?

[拼音]：huhuanxing

[外文]：interchangeability

机械制造中按规定的几何和机械物理性能等参数的允许变动量来制造零件和部件，使其在装配或维修更换时不需要选配或辅助加工便能装配成机器并满足技术要求的性能。几何参数包括尺寸大小、几何形状、相互位置、表面粗糙度、角度和锥度等；机械物理性能参数通常指硬度、强度和刚度等。机器的零件和部件的各种参数不可能也不必要达到绝对的准确值，只要实际值保持在规定的变动范围之内就能满足技术要求。参数值规定的允许变动量称为公差。

互换性原理始于兵器制造。在中国，早在战国时期（公元前476～前222）生产的兵器便能符合互换性要求。西安秦始皇陵兵马俑坑出土的大量弩机（当时的一种远射程的弓箭）的组成零件都具有互换性。这些零件是青铜制品，其中方头圆柱销和销孔已能保证一定的间隙配合。18世纪初，美国批量生产的火q实现了零件互换。随着织布机、缝纫机和自行车等新的机械产品的大批量生产的需要，又出现了高精度工具和机床，促使互换性生产由军火工业迅速扩大到一般机械制造业。20世纪初，汽车工业迅速发展，形成了现代化大工业生产，由于批量大和零部件品种多，要求组织专业化集中生产和广泛的协作。工业标准是实现生产专业化与协作的基础。机械工业中最重要的基础标准之一是公差与配合标准。1902年英国纽瓦尔公司编制出版的“极限表”，是世界上最早的公差与配合标准。30年代前后，各工业国家都颁布了公差与配合国家标准。1926年国际标准化协会(ISA)成立，1935年公布了国际公差制ISA草案。第二次世界大战后，重建国际标准化组织(ISO)，1962年颁布ISO/R286-1926 极限与配合制。中国于1959年颁布公差与配合国家标准GB159～174-59，1979年颁布公差与配合新标准GB1800-1804-79，已有尺寸、形状和位置、表面粗糙度等基本要素的公差和轴承、螺纹、齿轮等通用零件的公差与配合等整套标准。

互换性分为外互换和内互换。对于标准部件来说，标准部件与其相配件间的互换性称为外互换；标准部件内部各零件间的互换性称为内互换。例如滚动轴承，其外环外径与机座孔、内环内径与轴颈的配合为外互换；外环、内环滚道直径与滚动体间的配合为内互换。互换性按互换程度又可分为完全互换和不完全(或有限)互换。零件在装配时不需选配或辅助加工即可装成具有规定功能的机器的称为完全互换；需要选配或辅助加工才能装成具有规定功能的机器的称为不完全互换。在机械装配时，当机器装配精度要求很高时，如采用完全互换会使零件公差太小，造成加工困难，成本很高。这时应采用不完全互换，将零件的制造公差放大，并利用选择装配的方法将相配件按尺寸大小分为若干组，然后按组相配，即大孔和大轴相配，小孔和小轴相配。同组内的各零件能实现完全互换，组际间则不能互换。例如滚动轴承，为了用户方便，外互换零件应实现完全互换。为了制造方便和降低成本，内互换零件应采用不完全互换。互换性按互换目的又有装配互换和功能互换之分。规定几何参数公差达到装配要求的互换称为装配互换；既规定几何参数公差，又规定机械物理性能参数公差达到使用要求的互换称为功能互换。上述的外互换和内互换、完全互换和不完全互换皆属装配互换。装配互换目的在于保证产品精度，功能互换目的在于保证产品质量。

就装配互换性而言，研究的对象主要是零件基本要素（构成零件的点、线、面）和通用零部件（轴承、键和花键、螺纹、齿轮等）的几何参数公差及其检验方法的标准化问题。基本内容有：尺寸公差和圆柱结合的互换性、形状和位置公差(见形位公差)、表面粗糙度、表面浓度、角度公差和圆锥结合的互换性、量规公差和光滑工件尺寸的检验、键与花键结合的互换性、螺纹结合的互换性、齿轮和蜗轮传动的互换性、尺寸链等。随着对机械产品质量和性能要求的不断提高，除装配互换性外，还要求零件和部件有一定的工作稳定性和可靠性。例如对齿轮传动，既要规定影响传动准确性、工作平稳性和负载均匀性的几何参数误差，又要规定材料、硬度、热处理形式、噪声大小等机械物理性能参数的允许值及其范围。功能互换性的研究有助于提高产品质量和生产水平。

参考书目

十四院校联合编写组编著：《互换性与技术测量基础》，计量出版社，北京，1984。H.G.Conway，Engineering Tolerances，Isaac Pitman& Sons Ltd，London，1962.