互换性原理简介

本文简单介绍互换性原理，名词解释，历史发展轨迹，所包含的内容。重点介绍精度设计，以及其所涉及的两个重要内容即互换性和优先数系。

互换性（interchangeability）原理是与机械精度设计、机械公差、质量控制等内容上具有等同性，文革前后一直沿用至今，只是文革后演变成这些许的新名称，也是为适应时代的需求。

图1 精度设计教材

机械设计包括强度设计、机构设计、传输设计和精度设计，这里不详细阐述前三者的内容，可见机械精度设计，其是机械设计的一部分，大家熟知西工大版的机械设计，厚厚一本书，其实也就大篇幅介绍强度设计，其他方面涉猎并不多，我当时本科时候除了这本机械设计外专门还有本机电传动与控制，见图2，好不容易从网上找到该封面。

图2 机电传动控制

精度设计的精髓依然是互换性的体现，在进行设计时应遵循互换性和经济性的2大原则。

所谓互换性是指在统一规格的一批零件（或部件）中，不经选择、修配或调整，任取其一，都能装在机器上达到规定的功能要求。简单概括三个要求：

1）更换前任意选取；

2）安装时不需要调整；

3）更换后使用无恙。

这种体验其实我们在日程生活中早已经经常使用，比如家里日光灯管不亮了、坏了，去五金店买根新的换上立马能使用。往大方面讲，在我们社会推广互换性给人民生活、工业发展带来极大便利。由于推行互换性使得一些零部件成为了标准件，其规格全由国家标准GB规定，所有厂家共同遵守，这样大家就会将人力物力更多投入新产品的研发而不是标准件，进一步的降低开发成本。

我们在上课时候也建议学生，在做课程设计、毕业设计尽可能选用标准件，因为定制的零部件或设备真的很贵。在一些特殊领域正是由于互换性的体现才极大节约成本、提高生产效率，如盾构机、核电设施、太空火箭等。试想在挖掘中盾构机由于某油缸损坏停止作业，维修需要时间，大家都知道盾构机挖掘按照天数计算成本，所以采用互换性直接更换旧品使机器立马重新开动。

讲到互换性就不能不提标准。要推行互换性，使社会各阶层各系统各领域都遵守并执行，则需要一个文件，这就是标准，其实施过程为标准化。如果是国家推广的标准称为GB，机械行业推广为JB。这几年我们国家被欧美联合起来欺负的经历历历在目，其中就是西方国家制定各种标准卡我们的脖子。

图3 GB国标

提到标准，就不得不提优先数系和优先数，设立标准，遵守互换性原则，大规模生产产品，这时候会遇到一个问题，生产产品规格覆盖范围，是否所有规格都要生产？比如螺纹规格从1-10，小数点后面是否还要精确到几位数？显然这极不利于大规模推广，由此全世界引入优先数系，该数系由一组等比数列组成，公比为以10为幂开5、10、20、40方所形成一数列，简称为R5、R10、R20、R40。如螺纹M6M8M10M12……其数字符合优先数系。优先数系分成三类，1）基本数系，即R5、R10、R20；2）附加系列：R40；3）派生系列。第三类是在前面基础上派生形成新系列，Rr/p，r指原数系，p指在其基础上每隔p个取优先数，重新组合形成新数系。