互換性

在日常生活和工業生產中，互換性的例子不勝枚舉。人們常用的自行車，它的零件都是按照互換性生產的。如果自行車的某個零件壞了，可以在五金商店買到相同規格的零件更換，恢復自行車的功能。這些自行車零件，在同一規格內都可以互相替換使用，它們都是具有互換性的零部件。

在機械和儀器製造業中，零部件的互換性是指在同一規格的一批零部件中，任取其一，不需進行任何挑選或修配，就能裝到機器上，並能達到規定的使用要求的特性。

機械和儀器製造業中的互換性，通常包括幾何參數的互換性和性能參數的互換性。幾何參數一般包括尺寸的大小、幾何形狀（宏觀、微觀）及相互位置關係等。機械產品的性能包括硬度、強度、剛度、傳熱性還有其他物理、化學參數等。

互換性通常包括幾何參數互換（如尺寸、形狀等），機械性能互換（如硬度、強度等），理化性能互換（如化學成分、導電性等）等。

幾何參數，一般包括尺寸大小、幾何形狀（宏觀、微觀），以及點、線、面間的相互位置關係等。為了滿足互換性的要求，為了滿足互換性的要求，同一規格的零件（或部件）的幾何參數要做得完全一致是最理想的，但由於加工誤差的存在，在實踐中這是達不到的，同時也是不必要的。實際上，只要求同一規格的零件（或部件）的幾何參數保持在一定的範圍內，就能達到互換性的目的。

和生產標準零件、部件，可以簡化繪圖、計算等工作，縮短設計周期，並便於用計算機輔助設計。

互換性原理始於兵器製造。在中國，早在戰國時期（公元前476～前222）生產的兵器便能符合互換性要求。西安秦始皇陵兵馬俑坑出土的大量弩機（當時的一種遠射程的弓箭）的組成零件都具有互換性。這些零件是青銅製品，其中方頭圓柱銷和銷孔已能保證一定的間隙配合。18世紀初，美國批量生產的火槍實現了零件互換。隨著織布機、縫紉機和自行車等新的機械產品的大批量生產的需要，又出現了高精度工具和機床,促使互換性生產由軍火工業迅速擴大到一般機械製造業。20世紀初，汽車工業迅速發展，形成了現代化大工業生產，由於批量大和零部件品種多，要求組織專業化集中生產和廣泛的協作。工業標準是實現生產專業化與協作的基礎。機械工業中最重要的基礎標準之一是公差與配合標準。1902年英國紐瓦爾公司編製出版的“極限表”，是世界上最早的公差與配合標準。30年代前後，各工業國家都頒布了公差與配合國家標準。1926年國際標準化協會（ISA）成立，1935年公布了國際公差制ISA草案。第二次世界大戰后，重建國際標準化組織（ISO），1962年頒布ISO/R286-1926 極限與配合制。中國於1959年頒布公差與配合國家標準GB159～174-59，1979年頒布公差與配合新標準GB1800-1804-79，已有尺寸、形狀和位置、表面粗糙度等基本要素的公差和軸承、螺紋、齒輪等通用零件的公差與配合等整套標準。

現代化的機械零件具有互換性，才有可能將一台機器中的成千上萬個零部件，進行高效率的、分散的專業化的生產，然後集中起來進行裝配。因此，互換性原則的應用已成為提高生產水平和促進技術進步的強有力的手段之一，其主要作用如下：

從設計方面來看，零部件具有互換性，就可以最大限度地採用標準件、通用件和標準部件，大大簡化了繪圖和計算工作，縮短了設計周期，有利於計算機輔助設計和產品品種的多樣化。

從製造方面來看，互換性有利於相互協作，大量應用的標準件還可由專門車間或工廠單獨生產，因產品單一、數量多、分工細，可使用高效率的專用設備，進而採用計算機輔助加工，為生產專業化創造了必備條件，這樣必然會提高產量和質量，並顯著降低生產成本。裝配時，由於零部件具有互換性，不需輔助加工，使裝配過程能夠持續而順利地進行，故能減輕裝配工作的勞動量，縮短裝配周期，從而可採用流水線作業方式，乃至進行自動化裝配，促進了生產自動化的發展，效率明顯提高。

從使用和維修方面來看，若零件具有互換性，則零件在磨損或損壞、丟失后，可立即用另一個新的儲備件代替（如汽車、拖拉機的活塞、活塞銷、活塞環等就是這樣的備件），不僅維修方便，且使機器或儀器的維修時間和費用顯著減少，保證了機械產品工作的持久性和連續性，從而延長了產品的使用壽命，使產品的使用價值顯著提高。

總之，互換性在提高產品質量和可靠性、提高經濟效益等方面具有重要的意義。它已成為現代化機械製造業中一個普遍遵守的原則，對我國的現代化建設起著重要作用。但是，應當注意，互換性原則不是在任何情況下都適用，當只有採取單個配製才符合經濟原則時，零件就不能互換。

互換性按照使用場合分為內互換和外互換，按照互換程度分為分為完全互換性和不完全互換性和不具有互換性。按照互換目的分為裝配互換和功能互換。

內互換：標準部件內部各零件間的互換性稱為內互換；

外互換：標準部件與其相配件間的互換性稱為外互換；

例如滾動軸承，其外環外徑與機座孔、內環內徑與軸頸的配合為外互換；外環、內環滾道直徑與滾動體間的配合為內互換。

完全互換：亦稱絕對互換。零件既不需輔助加工和修配，亦不需選擇，即可實現互換所達到的一種技術狀態。採用完全互換使大批，大量生產中的裝配工作簡單化，省工省時，成本降低，質量穩定，使用維修中受換零件方便。但有時將使零件公差很小，加工困難，甚至無法加工。

不完全互換性：零部件在裝配時需要選配（但不能進一步加工）才能裝成具有規定功能的機器的稱為不完全互換。提出不完全互換式為了降低零件製造成本。在機械裝配時，當機器裝配精度要求很高時，如採用完全互換會使零件公差太小，造成加工困難，成本很高。這時應採用不完全互換，將零件的製造公差放大，並利用選擇裝配的方法將相配件按尺寸大小分為若干組，然後按組相配，即大孔和大軸相配，小孔和小軸相配。同組內的各零件能實現完全互換，組際間則不能互換。為了製造方便和降低成本，內互換零件應採用不完全互換。但是為了使用方便，外互換零件應實現完全互換。

不具有互換性：當零件轉配時需要加工才能裝配完成規定功能的零件成為不具有互換性。一般高精密零件需要相互配合的兩個零件配作，或者對研才能完成其功能。

裝配互換性：規定幾何參數公差達到裝配要求的互換稱為裝配互換；

功能互換性：既規定幾何參數公差，又規定機械物理性能參數公差達到使用要求的互換稱為功能互換。

上述的外互換和內互換、完全互換和不完全互換皆屬裝配互換。裝配互換目的在於保證產品精度，功能互換目的在於保證產品質量。