浅析机械零件几何精度设计中的互换性原则

摘 要 机械制造中要使零件具有互换性，不仅要求决定零件特性的那些技术参数的公称值相同，而且要求将其实际值的变动限制在一定范围内，以保证零件充分近似，即应按“公差”来制造。公差是允许的实际参数值的最大变动量。当前，互换性原则已经成为组织现代化生产的一项重要技术经济原则。它已经在生产资料和生活资料的各个部门被普遍地、广泛地采用。

关键词 机械零件 精度设计 互换性 原则

中图分类号：TG801 文献标识码：A

1互换性

互换性的实例在日常生活和工作中经常能遇到。例如自行车、手表、汽车和拖拉机等的零件坏了，都可以迅速换上一个新的，并且在更换与装配后，能很好地满足使用要求。其之所以能这样方便，就因为这些零件都具有互换性。

国家标准GB3935.1—83对互换性是这样定义的：某一产品（包括零件、部件、构件）与另一产品在尺寸、功能上能够彼此互相替换的性能。由此可见，要使产品能够满足互换性的要求，不仅要使产品的几何参数（包括尺寸、宏观几何形状、微观几何形状）充分近似。而且要使产品的机械性能，理化性能以及其它功能参数充分近似。

在机械行业中的互换性的含义可阐述如下：“机械制造中的互换性，是指按规定的几何、物理及其它质量参数的公差，来分别制造机器的各个组成部分，使其在装配与更换时不需辅助加工及修配便能很好的满足使用和生产上的要求”显然，互换性应该同时具备三个条件：第一，不需挑选；第二，不需要辅助加工和修配；第三，满足规定的功能要求。

2互换性的分类

2.1按参数特性或使用要求

（1）几何互换性。几何互换性是指按规定几何参数的公差，以保证成品的几何参数充分近似所达到的互换性。此为狭义互换性，即通常所讲的互换性，有时也局限于指保证零件尺寸配合要求的互换性。保证成品几何参数的互换性。

（2）功能互换性。功能互换性是指规定功能参数的公差所达到的互换性。功能参数当然包括几何参数，但还包括其他一些参数，如材料机械性能参数以及化学、光学、电学和流体力学等参数。此为广义互换性，往往着重于保证除尺寸配合要求以外的其他功能要求。保证规定功能参数的公差所达到的互换性。

2.2按零部件互换性程度（互换性可分为）

（1）完全互换。也可称为绝对互换，即满足互换性条件的互换，是相同种零、部件加工好以后，不需经过任何挑选、调整或修配等辅助处理，在功能上便具有彼此互相替换的性能。完全互换性包括概率互换性（大数互换性），这种互换性是以一定置信水平为依据（例如置信水平为95%，99%等），使同种的绝大多数零、部件加工好以后不需经任何挑选、调整或修配等辅助处理，在功能上即具有彼此互相替换的性能。

（2）不完全互换。也称为有限互换，是指同种零、部件加工好以后，在装配前需经过挑选、调整或修配等辅助处理，在功能上才具有彼此互相替换的性能。

3互换性的作用

广义来讲，互换性已经成为国民经济各个部门生产建设中必须遵循的一项原则。现代机械制造中，无论大量生产还是单件生产都应遵循这一原则。任何机械的生产，其设计过程都是从整机到部件再到零件。无论设计过程还是制造过程，都要把互换性的原则贯彻始终。

从使用方面来看，若零件具有互换性，则在其磨损或损坏后，可用另一新的备件代替。例如，汽车、拖拉机的活塞、活塞销、活塞环等就应有这样的备件。由于备件具有互换性，不仅维修方便，而且使机器的维修时间和维护时间显著减少，可保证机器工作的连续性和持久性，从而显著提高机器的使用价值。在某些情况下，例如，在发电厂要迅速排除发电设备的故障，继续供电；又如，在战场上要立即排除武器装备的故障，继续战斗。在这些场合，保证零部件的互换性是绝对必要的，而且互换性所起作用也很难用价值来衡量。

从制造方面来看，按互换性原则组织生产是提高生产水平和进行文明生产的有效途径。装配前，由于零（部）件具有互换性，不需辅助加工和修配，故能减轻装配工的劳动量，缩短装配周期，并且可以方便装配工作按流水作业方式进行，以至进行自动装配，从而使装配生产率大大提高。在加工过程中，由于零件各几何参数都规定了公差，同一部机器上的各个零件可以同时分别加工。用的极多的标准件还可由专门车间或工厂单独生产。这些标部件由于产品单一、数量多、分工细，可采用高效率的专用设备，乃至采用计算机辅助加工。这样，产量和质量必然会得到提高，成本也会显著降低。

从设计来讲，由于采用按互换性原则设计和生产的标准零件和部件，故可简化绘图、计算等工作，缩短设计周期，并便于用计算机进行辅助设计。这对发展系列产品和促进产品结构、性能的不断改进，都有重大作用。

4互换性的实现

在制造业实现互换性，就要严格按照统一的标准进行设计、制造、装配、检验等。因为现代制造业分工细、生产规模大、协作工厂多、互换性要求高，因此，必须严格按标准协调各个生产环节，才能使分散、局部生产部门和生产环节保持技术统一，使之成为一个有机的生产系统，以实现互换性生产。

参考文献

[1] GB/T.1-1996标准化河有关领域的通用术语[M].中国标准出版社，1996.

[2] GB321-80优先数和优先数系[M].中国标准出版社，1981.