In der mechanischen Konstruktion sind Temperaturänderungen ein unverzichtbarer Faktor.die die ursprünglich genauen Toleranzen verändern und sogar den normalen Betrieb der Maschine beeinträchtigen könnenWenn bei der Konstruktion Temperaturfaktoren nicht angemessen berücksichtigt werden, können Probleme wie lose Montage, übermäßige Störungsanpassung, Verstopfung oder mechanische Störungen auftreten.In diesem Artikel wird untersucht, wie sich Temperaturänderungen auf die Toleranzen auswirken und vernünftige Konstruktionsstrategien angeboten werden.

1Wie beeinflusst die Temperaturänderung die Bauteilgröße?

Die Größe aller Materialien ändert sich mit der Temperatur. Der Hauptfaktor, der die Größenänderung beeinflusst, ist der lineare Expansionskoeffizient (thermischer Expansionskoeffizient α),der wie folgt berechnet wird::

unter anderem:

ΔL: Veränderung der Länge

L0: Ursprüngliche Länge

α: Linearer Ausdehnungskoeffizient des Materials (Einheit: 1/°C1/°C1/°C)

ΔT: Temperaturänderung (Einheit: °C)

Einfluss der Toleranz an der Temperaturänderung

1Die Störungsanpassung kann zu einer Abstandsanpassung werden.

Bei hohen Temperaturen erweitern sich sowohl die Welle als auch das Loch.Teile ausrutschen oder sogar versagenZum Beispiel bei einem in ein Stahlgehäuse eingebauten Aluminiumlagerhüllen, da Aluminium einen viel höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als Stahl aufweist, ist die Wärmeabnahme von Aluminium in einem Stahlgehäuse mit einem hohen Wärmeaufwand zu verringern.Die Anpassung kann sich bei steigender Temperatur lösen..

2- Die Freifahrt kann zu einer Störungsanlage werden

Im Gegenteil, bei niedrigen Temperaturen schrumpfen Schacht und Loch zusammen.Die ursprüngliche Freiraumanpassung kann sich in eine Störanpassung verwandeln.Bei der Montage von Flugzeugmotorlagern in kalten Umgebungen kann sich beispielsweise das Löchergehäuse des Lagers zusammenziehen und eine ordnungsgemäße Montage verhindern.

3. Expansion unter hoher Temperatur führt zu Verstopfung

Bei einigen Anwendungen mit hoher Temperatur (z. B. Wärmebehandlungsanlagen, Motoren) kann eine unterschiedliche Ausdehnung der beiden Teile zu einer begrenzten relativen Bewegung zwischen den Teilen führen.die Passform von Kolben und Zylinder, kann der Kolben nach Temperaturanstieg den Zylinderverschleiß beeinträchtigen, wenn er nicht ordnungsgemäß ausgelegt ist.

4- Wärmebelastung durch Temperaturunterschiede beeinflusst die Festigkeit der Struktur

Wenn die Temperaturverteilung eines Teils ungleichmäßig ist, kann thermische Belastung (Thermal Stress) auftreten, was zu Verformungen oder sogar zu Rissen des Teils führt.mit einer Leistung von mehr als 50 Watt,, wenn der Temperaturunterschied zu groß ist, können Schrauben und Flansche aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten an Spannungskonzentration leiden, was zu Müdigkeitsausfällen führt.

3Wie werden Temperaturfaktoren bei der Konstruktion berücksichtigt?

✅1. Wählen Sie die richtigen Materialien

In einer Umgebung mit starken Temperaturänderungen sollten Materialien mit ähnlichen Expansionskoeffizienten so weit wie möglich ausgewählt werden, um die Koordinationsvariation zu verringern.

Der Anteil von Stahl und Aluminium ist beispielsweise stabiler als der Anteil von Stahl und Aluminium.

In extremen Temperaturumgebungen (z. B. Luftfahrt und Raumfahrt) können niedrig expandierende Legierungen verwendet werden (z. B. INVAR-Legierung mit einem sehr niedrigen Expansionskoeffizienten).

✅2. Verwenden Sie ein Temperaturkompensationsdesign

In wichtigen Teilen kann eine Ausdehnungsgrenze oder eine Kompensationsstruktur festgelegt werden.

Zum Beispiel verwendet die Spindel der Werkzeugmaschine in der Regel schwimmende Lager oder Wärmekompensationsringe, um eine hohe Temperaturverformung zu vermeiden, die die Bearbeitungsgenauigkeit beeinträchtigt.

✅3. Berechnen und korrigieren Sie die Toleranz

Gemäß dem Betriebstemperaturbereich berechnet man die Ausdehnung der Teile und passt die Toleranz entsprechend an.

Zum Beispiel kann bei hoher Temperatur eine etwas größere Störung bei Raumtemperatur ausgewählt werden, um die Wirkung der hohen Temperaturerweiterung auszugleichen.

✅4. Verwenden Sie ein spezielles Montageverfahren

Kaltmontage: Bei Teilen mit Interferenzanpassung kann die Welle zuerst abgekühlt (z. B. Flüssigstickstoffkühlung) und anschließend in das Loch eingebaut werden.und die Straffung erfolgt durch die Erweiterung der Temperaturrückgewinnung.

Warmmontage: Bei Teilen, die fest zusammengefügt werden müssen, kann das Loch zuerst erhitzt werden, damit es sich ausdehnt, und dann wird die Welle installiert.

Fallanalyse: Temperaturkompensationskonstruktion von Schienenverbindungen

✅ Hintergrund: Die Schienen der Hochgeschwindigkeitsbahnen dehnen sich im Sommer aus und schrumpfen im Winter.

✅ Rx:

Bei der Verwendung von nahtlosen Linien mit kontinuierlich geschweißter Schiene (CWR) wird die Temperaturbelastung gleichmäßig über die Gleisbefestigung verteilt, um die Verformung zu reduzieren.

An der Schienenverbindung befinden sich Erweiterungsverbindungen (Expansion Joint), die es der Schiene ermöglichen, sich bei Temperaturänderungen frei zu erweitern und zusammenzuziehen.

Auswahl geeigneter Gleismaterialien zur Gewährleistung der Strukturstabilität bei Temperaturunterschieden.

✅ Temperaturänderungen können die Toleranzverhältnisse beeinträchtigen, was zu Lockerungen, Verstopfungen oder mechanischen Ausfällen führt; bei der Konstruktion müssen Temperaturfaktoren berücksichtigt werden.✅ Verschiedene Materialien haben unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten■ geeignete Materialkombinationen sollten ausgewählt werden, um Dimensionsausfälle aufgrund von Temperaturänderungen zu vermeiden.Erweiterungslücken reservieren✅ In der Ingenieurpraxis können durch die Verwendung spezieller Montagetechniken die Temperaturwirkungen wirksam reduziert werden.die rationelle Nutzung der thermischen Ausdehnungseigenschaften kann die Montageprozesse optimieren und die mechanische Zuverlässigkeit erhöhen.