緒論

0.1 互換性與公差

1. 互換性的概念

互換現(xiàn)象在日常生活中隨時可見，經(jīng)常遇到。例如，電燈泡壞了，可以買個新的換上；自行車、冰箱、電視機(jī)零部件壞了，可以換個相同規(guī)格的零部件，新的舊的都可以，只要滿足要求即能使用。

在汽車制造業(yè)中，汽車的成千上萬個零部件是由許多家工廠生產(chǎn)的。汽車制造商一般只生產(chǎn)一些關(guān)鍵性的零部件，然后，將自己生產(chǎn)的零部件和其他廠家生產(chǎn)的零部件一起裝配成汽車。為了保證這種專業(yè)化的協(xié)作生產(chǎn)能順利進(jìn)行，各個工廠加工的零部件，都必須遵循統(tǒng)一的技術(shù)要求，否則，汽車廠在裝配汽車時就可能遇到很多困難，甚至根本無法裝配。

這種由不同的工廠、不同的車間、不同的工人生產(chǎn)加工的零部件，可以不經(jīng)選擇、修配和調(diào)整，在一批合格的零件中隨意拿一個即能裝配到機(jī)器上，并能滿足預(yù)定使用要求的性能，這就稱為零件的互換性。

（1）互換性的意義

① 互換性對產(chǎn)品在裝配過程中的三個階段表現(xiàn)出不同的要求。

● 裝配前，不需要選擇；

● 裝配時，不需要修配和調(diào)整；

● 裝配后，即能滿足預(yù)定的使用要求。

② 互換性是機(jī)械和儀器制造業(yè)中產(chǎn)品設(shè)計和產(chǎn)品制造的重要技術(shù)原則，在機(jī)械制造行業(yè)中具有重要的意義。

● 設(shè)計方面，由于零件具有互換性，就可以盡可能地采用標(biāo)準(zhǔn)件、通用件和標(biāo)準(zhǔn)部件，大大地簡化計算和繪圖方面工作，縮短設(shè)計周期，這有助于計算機(jī)輔助設(shè)計和產(chǎn)品品種規(guī)格的多樣化；

● 制造方面，互換性有利于組織大工業(yè)化生產(chǎn)，有助于采用工藝先進(jìn)的高效率的專用設(shè)備，有助于利用計算機(jī)輔助制造；互換性對加工過程和裝配過程實現(xiàn)機(jī)械化，提高勞動生產(chǎn)率及產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本同樣有著不可忽視的作用；

● 使用和維修方面，由于具有互換性，零部件受到磨損或損壞后可及時更換，縮短了機(jī)器的維修時間和檢修費用，保證了機(jī)器的連續(xù)工作，提高了機(jī)器的使用價值。

總之，互換性在提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性及提高經(jīng)濟(jì)效益等方面均有非常重要的意義。互換性原則已經(jīng)成為現(xiàn)代機(jī)器制造行業(yè)中普遍遵守的生產(chǎn)規(guī)則。推廣互換性生產(chǎn)對我國的社會主義現(xiàn)代化建設(shè)有著非常重要的意義。應(yīng)當(dāng)指出的是，互換性原則并不是在任何情況下都適用，有時只有采用單配才符合經(jīng)濟(jì)原則，比如模具的生產(chǎn)等。這時，零件不能互換，是因為存在公差與檢測等問題。

（2）互換性的分類

機(jī)器和儀器制造業(yè)的互換，在不同的場合，形式有所不同。互換性通常包括幾何參數(shù)（如尺寸）的互換，機(jī)械性能（如硬度、強(qiáng)度）的互換和理化性能的互換。本課程只討論幾何參數(shù)的互換。

所謂幾何參數(shù)的互換，主要包括零件的尺寸、幾何形狀、相互之間的位置，以及表面粗糙度等參數(shù)的互換。

根據(jù)互換性的程度不同，互換性又可分為完全互換和不完全互換兩類。

① 完全互換，簡稱互換，即指一批零部件在裝配時，不必挑選、調(diào)整和修配，任意拿一個來裝配即能滿足預(yù)定的使用要求，這些零部件的互換就屬于完全互換。

② 不完全互換又稱為有限互換，它允許零部件在裝配時有附加條件的選擇或調(diào)整。不完全互換又可分為分組法互換和調(diào)整法互換。

● 當(dāng)機(jī)器上某些部件的裝配精度要求較高時，比如說孔與軸之間的間隙配合精度要求很高，即間隙變動范圍要求很小時，如果要求孔和軸之間具有完全互換，那么，孔和軸的尺寸公差必須很小，這樣一來就會導(dǎo)致加工困難，生產(chǎn)成本上升。如果我們將孔和軸的公差適當(dāng)放大，把制成的孔和軸按實際尺寸的大小分成若干組，使每組內(nèi)孔和軸的尺寸差別比較小。然后，把相對應(yīng)組的孔和軸分別進(jìn)行裝配，即大尺寸組的孔與大尺寸的軸、小尺寸組的孔與小尺寸的軸分別裝配，從而達(dá)到預(yù)期裝配精度的方法，叫分組法互換。采用分組法裝配時，對應(yīng)組內(nèi)的零件之間可以互換，而對應(yīng)組之間的零件則不能互換，所以零件的互換范圍有限。

● 調(diào)整法互換也是一種保證裝配精度的有效措施。調(diào)整法的特點是在裝配機(jī)器的過程中，按所需尺寸對特定零件進(jìn)行調(diào)整，用移動或改變零件相對位置和尺寸的辦法來達(dá)到裝配精度要求的方法。一般用斜面、擋環(huán)、墊片等作為尺寸補償。

一般來說，需要廠際之間協(xié)作的零部件，應(yīng)采用完全互換。零部件的生產(chǎn)和機(jī)器裝配同時在一個廠時，可以采用不完全互換。

對標(biāo)準(zhǔn)化部件，互換還可分為內(nèi)互換和外互換。組成標(biāo)準(zhǔn)化部件的零件之間的互換稱為內(nèi)互換；標(biāo)準(zhǔn)化部件和其他零部件之間的互換稱為外互換。比如滾動軸承的滾動體、外圈內(nèi)滾道和內(nèi)圈外滾道之間的互換稱為內(nèi)互換；內(nèi)圈內(nèi)徑、外圈外徑及軸承寬度和與其相配的軸頸、機(jī)殼孔、軸承端蓋之間的互換則屬于外互換。

2. 公差的概念

在零件的加工過程中，由于種種因素的影響（如機(jī)床、刀具、振動等），完工后零件的尺寸、形狀、相對位置及表面粗糙度等幾何參數(shù)總會產(chǎn)生一定的誤差，絕對達(dá)不到理想狀態(tài)，即使是衛(wèi)星、火箭上的零部件，也一定存在著誤差，只不過誤差相當(dāng)小，制造精度極高而已。從零件的使用功能方面來看，也沒有必要把零件的幾何參數(shù)制造的絕對準(zhǔn)確，只要求把零件幾何參數(shù)的誤差控制在允許的范圍內(nèi)。這樣做既可滿足使用要求，又可降低生產(chǎn)成本。這個允許誤差變動的范圍被稱為公差。

公差是零部件設(shè)計時給定的，誤差是加工時產(chǎn)生的。要使加工出來的零件合格并具有互換性，就要把完工零件的誤差控制在允許的范圍內(nèi)，否則，產(chǎn)品就不合格，只能報廢。所以，公差值的設(shè)定，是一個很有學(xué)問的東西。公差值給大了，就會影響零件的使用功能；公差值給小了，又會使零件的加工費用急劇上升。因此，設(shè)計師在設(shè)計時必須合理地確定公差，并在圖樣上精確地表示出來。顯然，在滿足功能要求的前提下，應(yīng)盡量選用較大的公差值，以降低生產(chǎn)成本，獲得最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益是十分必要的。