機械設計では,温度変化が不可欠な要素です.部品は異なる温度で膨張したり収縮したりできます.元の精度の許容量を変化させ,機械の正常な動作に影響を与える可能性があります.設計中に温度要因が十分に考慮されていない場合,組み立てが緩やか,過剰な干渉フィット,妨害,または機械的な故障などの問題が発生する可能性があります.この 記事 は,気温 の 変化 が 容量 に どの よう に 影響 する か を 調べ,合理 的 な 設計 策 を 提示 する.

1温度変化が部品サイズにどう影響するのか?

すべての材料のサイズは温度によって変化する. サイズ変化に影響する主要な要因は線形膨張係数 (熱膨張係数,α),計算は次のとおりです.:

その中には:

ΔL: 長さの変化

L0:元の長さ

α:材料の線形膨張係数 (単位:1/°C1/°C1/°C)

ΔT:温度変化 (単位: °C)

温度変化に対する容量フィートの影響

1. 干渉フィットがクリアランスフィットになるかもしれない

高温環境では,シャフトと穴の両方が膨張します.シャフトが穴よりも膨張すると,元の干渉フィットが緩いクリアランスフィットに変わることがあります.パーツが滑ったり 失敗したりする例えば,アルミニウム軸承のカーブが鋼材の箱に組み込まれている場合,アルミニウムは鋼材よりも熱膨張係数がはるかに高いため,温度が上昇すると 足が緩くなるかもしれません.

2. クリアランスフィットが干渉フィットになる可能性があります

低温環境では シャフトと穴の両方が収縮します シャフトの収縮が穴の収縮よりも小さい場合当初のクリアランス・フィットが,干渉・フィットに変わることがあります.例えば,冷たい環境での航空機エンジンベアリングの設置では,ベアリングハウジングの穴が収縮し,適切な設置を妨げる可能性があります.

3高温環境下での膨張は詰め込みにつながる

熱処理装置,エンジンなど,両部品が異なる膨張をすると,部分間の相対運動が制限される可能性があります.例えば,ピストンとシリンダーのフィット温度上昇後,ピストンが適切に設計されていない場合,シリンダーの磨きに干渉する可能性があります.

4温度差による熱圧は構造の強さに影響します

部品の温度分布が不均等である場合,熱ストレス (Thermal Stress) が発生し,部品の変形や破裂を引き起こす可能性があります.例えば,高速列車のギアボックスにおけるフレンズ接続温度差が大きすぎると,熱膨張係数が異なるため,ボルトとフレンジはストレスの濃度が発生し,疲労障害を引き起こす可能性があります.

3設計において温度要因をどのように考慮するか?

✅1. 適切な 材料 を 選ぶ

温度変化が大きい環境では,調整の変動を最小限にするために,拡張係数が類似した材料を可能な限り選択する必要があります.

例えば,鋼とアルミニウムの比率は鋼とアルミニウムの比率よりも安定しています.

極端な温度環境 (航空や宇宙など) では,低膨張合金 (膨張係数が非常に低いINVAR合金など) を使用することができる.

✅2. 温度補償設計を使用する

重要な部位では,拡張ギャップや補償構造を設定できます.

例えば,機械ツールのスピンドルは,通常,浮遊ベアリングや熱補償リングを使用して,加工精度に影響する高温変形を避ける.

✅3. 適合容量 を 計算し,修正 する

作業温度範囲に応じて,部品の膨張を計算し,容積を適切に調整する.

例えば,高温作業干渉フィットでは,高温膨張の効果を抵消するために,室温で少し大きな干渉を選択できます.

✅4. 特別 の 組み立て 方法 を 用いる

冷式組成: 干渉装置のある部品では,シャフトをまず冷却 (液体窒素冷却など) してから穴に設置できます.温度回復の拡大によって達成される.

熱い 組み立て: 密く 組み立て られ なけれ ば なら ない 部品 の ため に は,開口 を 膨張 さ せる ため に まず 穴 を 熱さ させ,それから シャフト を 設置 する こと が でき ます.冷却 し た 後,干渉 装置 が 形成 さ れ ます.

ケース分析:鉄道関節の温度補償設計

✅ 背景: 高速鉄道のレールは夏には伸び,冬には収縮する.適正な温度補償設計がなければ,軌道の変形や割れが起こり得る.

✅Rx:

連続溶接レール (CWR) のシームレスラインを使用すると,変形を減らすため,温度ストレスはレール固定装置を通じて均等に分配されます.

拡張関節 (拡張関節) は,気温変化に伴い軌道を自由に拡張し収縮できるように,レール関節に設置される.

温度差環境における構造安定性を確保するために適切な軌道の材料を選択する.

✅ 温度の変化は,容量調整に影響を与え,緩やかさ,詰め込み,または機械的な故障を引き起こす可能性があります. 設計では温度要因を考慮する必要があります.✅ 異なる材料には異なる熱膨張係数があります温度変化による次元不一致を避けるために適切な材料組み合わせを選択する必要があります.拡大のギャップを予約する工学実践では,温度効果を効果的に軽減することができます.熱膨張特性の合理的な使用は,組み立てプロセスを最適化し,機械的信頼性を高めることができます.