Při mechanickém návrhu jsou změny teploty nezbytným faktorem. Díly mohou expandovat nebo se stahovat při různých teplotách, což může změnit původně přesné tolerance a dokonce ovlivnit normální provoz strojů. Pokud se během konstrukce nepřiměřeně zvažují teplotní faktory, může dojít k problémům, jako je volné sestavení, nadměrné rušení, rušení nebo mechanické selhání. Tento článek prozkoumá, jak změny teploty ovlivňují tolerance a poskytnou přiměřené konstrukční strategie.
1. Jak ovlivňuje změna teploty velikost dílu?
Velikost všech materiálů se změní s teplotou. Hlavním faktorem ovlivňujícím změnu velikosti je koeficient lineární expanze (koeficient tepelné roztažnosti), který se vypočítá následovně:
mezi:
ΔL: Změna délky
L0: Původní délka
: Lineární koeficient expanze materiálu (jednotka: 1/ stupeň 1/ stupeň 1/ stupeň)
AT: Změna teploty (jednotka: stupeň)
Vliv tolerance se hodí na změnu teploty
1.. Interference se může stát fat.
V prostředí s vysokou teplotou se hřídel i otvor rozšíří. Pokud se hřídel rozšiřuje více než díra, může se původní rušení přizpůsobit na volný kapalinu, což způsobí, že díly proklouznou nebo dokonce selhávají. Například v případě hliníkového ložiska namontovaného do ocelového pouzdra, protože hliník má mnohem vyšší koeficient tepelné roztažnosti než ocel, může se přizpůsobit při zvyšování teplot.
2.. Přizpůsobení se může stát kondicí rušení
Naopak, v prostředí nízké teploty se hřídel i otvor stahují. Pokud je kontrakce hřídele menší než u otvoru, může se původní fat fit v rušení proměnit v rušení, což ztěžuje montáž. Například při instalaci ložisek letadlového motoru v chladném prostředí se může obžaloba ložiska stahovat a zabránit správné instalaci.
3. Expanze v prostředí s vysokou teplotou vede k zaseknutí
V některých aplikacích s vysokou teplotou (jako jsou zařízení pro tepelné zpracování, motory), pokud se obě části rozšiřují odlišně, může to vést k omezenému relativnímu pohybu mezi díly. Například přizpůsobení pístu a válce, pokud není správně navrženo, může píst narušit opotřebení válce po zvýšení teploty.
4. Tepelné napětí způsobené rozdílem teploty ovlivňuje sílu struktury
Pokud je rozdělení teploty nerovnoměrné, může dojít k tepelnému napětí (tepelné napětí), což způsobí deformaci nebo dokonce praskání části. Například při přírubovém připojení vysokorychlostního převodovky vlaku, pokud je teplotní rozdíl příliš velký, mohou šrouby a příruby zažít koncentraci napětí v důsledku různých koeficientů tepelné roztažnosti, což vede k selhání únavy.
3. jak zvážit teplotní faktory při návrhu?
✅1. Vyberte ty správné materiály
V prostředí s velkými změnami teploty by měly být vybrány materiály s podobnými koeficienty rozšíření, aby se snížila změna koordinace.
Například podíl oceli a hliníku je stabilnější než podíl oceli a hliníku.
V extrémních teplotních prostředích (jako je letectví a prostor) lze použít slitiny s nízkou expanzí (jako je slitina Invar, která má velmi nízký koeficient expanze).
✅2. Použijte návrh kompenzace teploty
V důležitých částech lze nastavit mezeru expanze nebo kompenzační strukturu.
Například vřeteno stroje obvykle používá plovoucí ložiska nebo tepelné kompenzační kroužky, aby nedošlo k deformaci vysoké teploty ovlivňující přesnost obrábění.
✅3. Vypočítejte a opravte toleranci přizpůsobení
Podle rozsahu pracovní teploty vypočítejte rozšíření částí a vhodně upravte toleranci.
Například pro vysokoteplotní pracovní rušení lze při pokojové teplotě vybrat mírně větší rušení, aby se kompenzoval účinek expanze s vysokou teplotou.
✅4. Použijte speciální proces montáže
Sestava studeného: U částí s interferenčním přizpůsobením může být hřídel nejprve ochlazena (jako je chlazení tekutého dusíku) a poté nainstalována do díry a utažení je dosaženo rozšířením zotavení teploty.
Horká sestava: U částí, které je třeba pevně sestavit, může být otvor nejprve zahříván, aby se rozšířil, a poté je nainstalována hřídel. Po ochlazení se vytvoří interferenční přizpůsobení.
Analýza případů: Kompenzace teploty Návrh kolejnice kloubu
✅ Pozadí: Rails vysokorychlostních železnic se v létě rozšiřují a v zimě. Bez přiměřené konstrukce kompenzace teploty může dojít k deformaci nebo zlomenině sledování.
✅ Rx:
Použitím bezproblémových linek s kontinuálním svařovaným kolejnicí (CWR) je teplotní napětí rovnoměrně rozděleno přes zařízení pro fixaci stopy, aby se snížila deformace.
Rozšiřující klouby (expanzní kloub) jsou nastaveny na kloub železnic, aby se dráha umožnila volně rozšiřovat a volně se stahovat změnami teploty.
Vyberte vhodné stopové materiály, abyste zajistili strukturální stabilitu v prostředí teplotního rozdílu.
✅ Změny teploty mohou ovlivnit toleranční záchvaty, což vede k uvolnění, rušení nebo mechanickému selhání; Při návrhu je třeba zvážit teplotní faktory. ✅ Různé materiály mají různé koeficienty tepelné roztažení; Měly by být vybrány vhodné kombinace materiálu, aby se zabránilo neshodě v důsledku změn teploty. ✅ Použití návrhů kompenzace teploty, jako je nastavení tolerance přizpůsobení, mezery v rozšiřování a využití speciálních technik montáže, může účinně snížit teplotní účinky. ✅ V inženýrské praxi může racionální využití vlastností tepelné roztažnosti optimalizovat procesy montáže a zvýšit mechanickou spolehlivost.
