课程介绍

“互换性与技术测量”是一门综合性应用基础课，主要用于高等工科院校机械、仪器仪表及有关专业，该课程研究的对象是机械或仪器零部件的几何精度设计及其检测原理。

一般地，在机械产品的设计过程中，需要进行以下三方面的分析计算：

1)运动分析与计算。根据机器或机构应实现的运动，由运动学原理，确定机器或机构的合理的传动系统，选择合适的机构或元件，以保证实现预定的动作，满足机器或机构运动方面的要求。

2)强度的分析与计算。根据强度、刚度等方面的要求，决定各个零件的合理的基本尺寸，进行合理的结构设计，使其在工作时能承受规定的负荷，达到强度和刚度方面的要求。

3)几何精度的分析与计算。零件基本尺寸确定后，还需要进行精度计算，以决定产品各个部件的装配精度以及零件的几何参数和公差。

需要指出的是，以上三个方面，在设计过程中，是缺一不可的。本课程主要讨论的是机械精度的分析与计算。

机器精度的分析与计算是多方面的，但归结起来，设计人员总是要根据给定的整机精度，最终确定出各个组成零件的精度，如尺寸公差，形状和位置公差，以及表面粗糙度参数值。

本课程是由互换性原理和测量技术基础两部分组成的。互换性是零部件精度设计的基本内容。零部件的互换性基本上由标准化实现。测量技术基础属于计量学的范畴，是论述零部件的测量原理、方法及测量误差处理等内容。所以本课程的特点是术语定语多、符号、代号多，标准规定多。同学们在学习的过程中往往会感到概念难记，内容繁多。但并非本课程难学。课程各部分都是围绕着以保证互换性为主的精度设计问题，介绍各种典型零件几何精度的概念，分析各种零件几何精度的设计方法。各种零件的参数检测作为实验内容。所以学生在学习过程中要注意总结归纳，认真完成作业。

同学们学习本课程，要了解以下内容：

1、掌握互换性、标准化的概念、机械零部件精度设计的基础原理和方法。（尺寸公差及理论、形位公差及理论、表面粗糙度等，即绪论、第1、3、4章）。

2、了解典型零件（包括滚动轴承、键和花键、螺纹、齿轮）极限与配合标准的组成和应用，能够合理的确定各种典型零件的制造精度。（第6、7章）

3、测量技术基础原理和方法。（第2章）

该课程共32学时，其中实验6个学时。学时结束后采用闭卷考试，卷面成绩占总成绩的70%，平时成绩占20%，实验成绩10%。平时成绩包括作业和上课出勤，各占10分。不参加实验或实验成绩为0者，无考试资格。

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绪 论

0.1互换性概述

任何一台机器的设计，除了运动分析、结构设计、强度、刚度计算外，还要进行精度设计。研究机器的精度时，要处理好机器的使用要求与制造工艺的矛盾。解决的方法是规定合理的公差，并用检测手段保证其贯彻实施。由此可见，“公差”在生产中是非常重要的。

一、互换性概念

互换性在日常生活中随处可见。例如，灯泡坏了换个新的，自行车的零件坏了以可以换新的。因为合格的产品和零部件具有在材料性能、几何尺寸、使用功能上彼此互相替换的性能，即具有互换性。广义上说，互换性是指一种产品、过程或服务，且能满足同样要求的能力。

制造业的产品或者机器有许多零部件组成，而这些零部件是由不同的工厂和车间制成的。这就要求产品的零部件具有互换性。例如：组成现代技术装置和日用机电产品的各种零件，如电灯泡、自行车、手表、缝纫机上的零件、一批规格为M10-6H的螺母与M10-6g螺栓的自由旋合。在现代化生产中，一般应遵守互换性原则。

互换性：指在制成的同一规格的一批零件中，不需要作任何挑选或附加加工（如钳工修配）或再调整就可装上机器（或部件）上，而且达到原定使用性能要求的特征。

显然，具备互换性应该同时具备两个条件：一是不需经过任何选择、修配或调整便能装配；二是装配（或更换）后的整机能满足其使用性能要求。两者缺一不可，只有同时满足了两个条件才能称之为互换性。

二、互换性分类

1、完全互换和不完全互换

1) 完全互换性

若零件在装配或更换时，不需选择、辅助加工与修配，则其互换性为完全互换性。 特点：不限定互换范围，以零部件装配或更换时不需要挑选或修配为条件。如日常生活中所用电灯泡。

2) 不完全互换性

特点：因特殊原因，只允许零件在一定范围内互换。如机器上某部位精度愈高，相配零件精度要求就愈高，加工困难，制造成本高，为此，生产中往往把零件的精度适当降低，以便于制造，然后再根据实测尺寸的大小，将制成的相配零件分成若干组，使每组内的尺寸差别比较小，最后，再把相应的零件进行装配（即大孔与大轴相配，小孔与小轴相配）。这样既可以保证装配精度和使用要求，又可以减少加工难度，降低成本。此时仅组内零件可以互换，组与组之间不可互换，故称不完全互换。除此分组互换法外，还有修配法、调整法。主要适用于小批量和单件生产。

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2、外互换和内互换

外互换是指部件或机构与其相配件间的互换性。例如滚动轴承内圈内径与轴的配合，外圈外径与机座孔的配合。

内互换是指部件或机构内部组成零件间的互换性。例如滚动轴承内、外圈滚道直径与滚珠直径的装配。

为使用方便起见，滚动轴承的外互换采用完全互换，而其内互换则因组成零件的精度较高，加工困难，故采用分组装配，为不完全互换，一般的说，不完全互换只用于部件或机构的制造厂内部的装配。 3、几何参数互换和功能互换

所谓功能互换是满足整机功能要求的互换，不一定是同一型号的零件。几何参数一般包括尺寸大小、几何形状（宏观、微观）以及相互位置关系等。本课程主要讲解几何参数的互换。

为了满足互换性的要求，似乎在同规格的零部件间，其几何参数要做的完全一致。但这在实践中是不可能的。实际上，只要零部件的几何参数保持一定的变动范围，就能达到互换的目的，机械和仪器也同样可以正常工作。例如发动机缸盖的流水线加工，机床所选用的加工参数都一样，但因机床振动，刀具磨损等原因使得加工出的零件几何参数各不相同。在进行合格检验时，标准就是看它的几何参数是否在规定变动范围之内，这个变动范围就是“公差”。公差：实际参数允许的最大变动量。公差标准是机械和仪器制造业中的基础标准，也是我们检验零件是否合格的重要依据。

为了保证零件的互换性，要用公差来控制误差。设计时要按标准规定公差，而加工时不可避免会产生误差，因此要使零件具有互换性，就应把完工的零件误差控制在规定的公差范围内。设计者的任务就是要正确地确定公差，并把它在图样上明确地表示出来。所以，要使零件具有互换性，就应按“公差”制造。

三、互换性在机械制造中的作用

1) 在设计方面，有利于最大限度采用通用件和标准件，大大简化绘图和计算工作，缩短设计周期。便于计算机辅助设计CAD。

2) 在制造方面，有利于组织专业化生产，采用先进工艺和高效率的专用设备，有利于计算机辅助制造，及实现加工过程和装配过程机械化、自动化，提高生产效率。

3) 在使用、维修方面，可以减少机器的维修时间和费用，保证机器能连续持久的运转。例如，如果一台机器的某个零件损坏，而该零件具有互换性，那么就可以很快的用另一备件来代替，从而使机器维修方便，延长了机器的使用寿命，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、提高经济效益等方面均具有重大意义。互换性生产对我国社会主义现代化建设具有十分重要的意义。

应当指出，互换性原则不是在任何情况下都适用。有时，只有采取单个配置才符合经

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