绪论

0.1 互换性与公差

1. 互换性的概念

互换现象在日常生活中随时可见，经常遇到。例如，电灯泡坏了，可以买个新的换上；自行车、冰箱、电视机零部件坏了，可以换个相同规格的零部件，新的旧的都可以，只要满足要求即能使用。

在汽车制造业中，汽车的成千上万个零部件是由许多家工厂生产的。汽车制造商一般只生产一些关键性的零部件，然后，将自己生产的零部件和其他厂家生产的零部件一起装配成汽车。为了保证这种专业化的协作生产能顺利进行，各个工厂加工的零部件，都必须遵循统一的技术要求，否则，汽车厂在装配汽车时就可能遇到很多困难，甚至根本无法装配。

这种由不同的工厂、不同的车间、不同的工人生产加工的零部件，可以不经选择、修配和调整，在一批合格的零件中随意拿一个即能装配到机器上，并能满足预定使用要求的性能，这就称为零件的互换性。

（1）互换性的意义

① 互换性对产品在装配过程中的三个阶段表现出不同的要求。

● 装配前，不需要选择；

● 装配时，不需要修配和调整；

● 装配后，即能满足预定的使用要求。

② 互换性是机械和仪器制造业中产品设计和产品制造的重要技术原则，在机械制造行业中具有重要的意义。

● 设计方面，由于零件具有互换性，就可以尽可能地采用标准件、通用件和标准部件，大大地简化计算和绘图方面工作，缩短设计周期，这有助于计算机辅助设计和产品品种规格的多样化；

● 制造方面，互换性有利于组织大工业化生产，有助于采用工艺先进的高效率的专用设备，有助于利用计算机辅助制造；互换性对加工过程和装配过程实现机械化，提高劳动生产率及产品质量，降低生产成本同样有着不可忽视的作用；

● 使用和维修方面，由于具有互换性，零部件受到磨损或损坏后可及时更换，缩短了机器的维修时间和检修费用，保证了机器的连续工作，提高了机器的使用价值。

总之，互换性在提高产品质量和可靠性及提高经济效益等方面均有非常重要的意义。互换性原则已经成为现代机器制造行业中普遍遵守的生产规则。推广互换性生产对我国的社会主义现代化建设有着非常重要的意义。应当指出的是，互换性原则并不是在任何情况下都适用，有时只有采用单配才符合经济原则，比如模具的生产等。这时，零件不能互换，是因为存在公差与检测等问题。

（2）互换性的分类

机器和仪器制造业的互换，在不同的场合，形式有所不同。互换性通常包括几何参数（如尺寸）的互换，机械性能（如硬度、强度）的互换和理化性能的互换。本课程只讨论几何参数的互换。

所谓几何参数的互换，主要包括零件的尺寸、几何形状、相互之间的位置，以及表面粗糙度等参数的互换。

根据互换性的程度不同，互换性又可分为完全互换和不完全互换两类。

① 完全互换，简称互换，即指一批零部件在装配时，不必挑选、调整和修配，任意拿一个来装配即能满足预定的使用要求，这些零部件的互换就属于完全互换。

② 不完全互换又称为有限互换，它允许零部件在装配时有附加条件的选择或调整。不完全互换又可分为分组法互换和调整法互换。

● 当机器上某些部件的装配精度要求较高时，比如说孔与轴之间的间隙配合精度要求很高，即间隙变动范围要求很小时，如果要求孔和轴之间具有完全互换，那么，孔和轴的尺寸公差必须很小，这样一来就会导致加工困难，生产成本上升。如果我们将孔和轴的公差适当放大，把制成的孔和轴按实际尺寸的大小分成若干组，使每组內孔和轴的尺寸差别比较小。然后，把相对应组的孔和轴分别进行装配，即大尺寸组的孔与大尺寸的轴、小尺寸组的孔与小尺寸的轴分别装配，从而达到预期装配精度的方法，叫分组法互换。采用分组法装配时，对应组內的零件之间可以互换，而对应组之间的零件则不能互换，所以零件的互换范围有限。

● 调整法互换也是一种保证装配精度的有效措施。调整法的特点是在装配机器的过程中，按所需尺寸对特定零件进行调整，用移动或改变零件相对位置和尺寸的办法来达到装配精度要求的方法。一般用斜面、挡环、垫片等作为尺寸补偿。

一般来说，需要厂际之间协作的零部件，应采用完全互换。零部件的生产和机器装配同时在一个厂时，可以采用不完全互换。

对标准化部件，互换还可分为內互换和外互换。组成标准化部件的零件之间的互换称为內互换；标准化部件和其他零部件之间的互换称为外互换。比如滚动轴承的滚动体、外圈內滚道和內圈外滚道之间的互换称为內互换；內圈內径、外圈外径及轴承宽度和与其相配的轴颈、机壳孔、轴承端盖之间的互换则属于外互换。

2. 公差的概念

在零件的加工过程中，由于种种因素的影响（如机床、刀具、振动等），完工后零件的尺寸、形状、相对位置及表面粗糙度等几何参数总会产生一定的误差，绝对达不到理想状态，即使是卫星、火箭上的零部件，也一定存在着误差，只不过误差相当小，制造精度极高而已。从零件的使用功能方面来看，也没有必要把零件的几何参数制造的绝对准确，只要求把零件几何参数的误差控制在允许的范围内。这样做既可满足使用要求，又可降低生产成本。这个允许误差变动的范围被称为公差。

公差是零部件设计时给定的，误差是加工时产生的。要使加工出来的零件合格并具有互换性，就要把完工零件的误差控制在允许的范围内，否则，产品就不合格，只能报废。所以，公差值的设定，是一个很有学问的东西。公差值给大了，就会影响零件的使用功能；公差值给小了，又会使零件的加工费用急剧上升。因此，设计师在设计时必须合理地确定公差，并在图样上精确地表示出来。显然，在满足功能要求的前提下，应尽量选用较大的公差值，以降低生产成本，获得最佳的技术经济效益是十分必要的。