In una progettazione meccanica, le variazioni di temperatura sono un fattore indispensabile.che possono alterare le tolleranze originariamente precise e addirittura influenzare il normale funzionamento della macchinaSe i fattori di temperatura non sono adeguatamente presi in considerazione durante la progettazione, possono verificarsi problemi quali assemblaggio sciolto, adattamento eccessivo a interferenze, blocco o guasto meccanico.In questo articolo verrà esaminato come i cambiamenti di temperatura influenzano le tolleranze e fornire ragionevoli strategie di progettazione.

1In che modo il cambiamento di temperatura influenza le dimensioni delle parti?

La dimensione di tutti i materiali cambierà con la temperatura. Il fattore centrale che influenza il cambiamento di dimensione è il coefficiente di espansione lineare (coefficiente di espansione termica, α),calcolato come segue::

tra cui:

ΔL: variazione di lunghezza

L0: lunghezza originale

α: coefficiente di espansione lineare del materiale (unità: 1/°C1/°C1/°C)

ΔT: variazione di temperatura (unità: °C)

L'influenza della tolleranza di misura sulla variazione di temperatura

1- L'alloggio di interferenza può diventare un alloggio di scarto

In ambienti ad alta temperatura, sia l'albero che il foro si espandono.causare lo scivolamento o addirittura il fallimento delle partiPer esempio, nel caso di una manica di cuscinetto in alluminio montata in un alloggiamento in acciaio, poiché l'alluminio ha un coefficiente di espansione termica molto più elevato dell'acciaio,l' adattamento può allentare con l' aumento delle temperature.

2- Il dispositivo di apertura può diventare un dispositivo di interferenza

Al contrario, in un ambiente a bassa temperatura, sia l'albero che il buco si contraggono.l'impianto di apertura originale può trasformarsi in un impianto di interferenzaPer esempio, nell'installazione di cuscinetti per motori di aeromobili in ambienti freddi, il foro di alloggiamento del cuscinetto può contrarsi, impedendo una corretta installazione.

3L'espansione in ambiente ad alta temperatura porta a blocchi

In alcune applicazioni ad alta temperatura (come apparecchiature di trattamento termico, motori), se le due parti si espandono in modo diverso, può portare a un movimento relativo limitato tra le parti.l'adattamento di un pistone e di un cilindro, se non progettato correttamente, il pistone può interferire con l'usura della bombola dopo l'aumento della temperatura.

4Lo stress termico causato dalla differenza di temperatura influenza la resistenza della struttura.

Se la distribuzione della temperatura di un pezzo è irregolare, può verificarsi uno stress termico (Thermal Stress), che provoca deformazioni o addirittura crepe del pezzo.con una lunghezza di banda non superiore a 15 mm,, se la differenza di temperatura è troppo grande, i bulloni e le flange possono presentare una concentrazione di sollecitazione a causa di diversi coefficienti di espansione termica, con conseguente insufficienza da stanchezza.

3Come considerare i fattori di temperatura nella progettazione?

✅1. Scegliere i materiali giusti

In un ambiente con grandi variazioni di temperatura, i materiali con coefficienti di espansione simili devono essere selezionati per quanto possibile per ridurre le variazioni di coordinamento.

Ad esempio, la proporzione di acciaio e alluminio è più stabile di quella di acciaio e alluminio.

In ambienti a temperature estreme (come l'aviazione e lo spazio), possono essere utilizzate leghe a bassa espansione (come la lega INVAR, che ha un coefficiente di espansione molto basso).

✅2. Utilizzare il progetto di compensazione della temperatura

In parti importanti, è possibile impostare un intervallo di espansione o una struttura di compensazione.

Ad esempio, il mandrino della macchina utensile utilizza solitamente cuscinetti galleggianti o anelli di compensazione termica per evitare deformazioni ad alta temperatura che influenzano la precisione di lavorazione.

✅3. Calcolare e correggere la tolleranza

In base all'intervallo di temperatura di lavoro, calcolare l'espansione delle parti e regolare la tolleranza di adattamento in modo appropriato.

Per esempio, per una misurazione ad interferenza di lavoro ad alta temperatura, può essere selezionata un'interferenza leggermente più grande a temperatura ambiente per compensare l'effetto dell'espansione ad alta temperatura.

✅4. Utilizzare un processo speciale di assemblaggio

assemblaggio a freddo: per le parti con dispositivo di interferenza, l'albero può essere raffreddato prima (come il raffreddamento dell'azoto liquido) e quindi installato nel foro,e il serraggio è ottenuto dall'espansione del recupero della temperatura.

Assemblaggio a caldo: per le parti che devono essere strettamente assemblate, il foro può essere riscaldato prima per espanderlo e poi viene installato l'albero.

Analisi del caso: progettazione della compensazione della temperatura dell'articolazione del binario

✅ Anteprima: i binari delle ferrovie ad alta velocità si espandono in estate e si contraggono in inverno.

✅ Rx:

Utilizzando linee senza saldatura continua (CWR), lo stress di temperatura viene distribuito uniformemente attraverso il dispositivo di fissaggio del binario per ridurre la deformazione.

I giunti di espansione (expansion joint) sono fissati al giunto del binario per consentire al binario di espandersi e contrarsi liberamente con i cambiamenti di temperatura.

Selezionare materiali di tracciato appropriati per garantire la stabilità strutturale in un ambiente con differenze di temperatura.

✅ I cambiamenti di temperatura possono influenzare le tolleranze, causando allentamenti, blocchi o guasti meccanici; i fattori di temperatura devono essere presi in considerazione nella progettazione.✅ Diversi materiali hanno diversi coefficienti di espansione termica■ Le combinazioni di materiali appropriate devono essere selezionate per evitare disallineamenti dimensionali dovuti a variazioni di temperatura.riserva di lacune di espansione✅ Nella pratica ingegneristica, il calore è un elemento essenziale per ridurre gli effetti della temperatura.l'uso razionale delle proprietà di espansione termica può ottimizzare i processi di assemblaggio e migliorare l'affidabilità meccanica.