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溫度對公差設計的影響
發(fā)布時間：2022-05-19
零件尺寸公差一般是基于常溫進行設計，但我們知道一個自然規(guī)律——材料的熱脹冷縮，當零件受溫度影響時，其尺寸會發(fā)生變化，基于常溫條件設計的零件尺寸會因為熱脹冷縮而不滿足非常溫的工作條件，最終影響產(chǎn)品壽命及性能，例如出現(xiàn)零件卡死或松動等問題。
現(xiàn)代工業(yè)很多產(chǎn)品如發(fā)動機、變速箱、機床等對溫度的要求都很高，比如汽車發(fā)動機的正常工作溫度是85-105℃之間，燃燒室內(nèi)部工作溫度能達到2000℃以上，如果發(fā)動機溫度過高的話,會導致各零部件間隙減小甚至消失，最終造成拉缸、化瓦等嚴重的機械故障；又比如航空發(fā)動機，其燃燒室溫度最高可以達到2000℃以上，渦輪溫度在1500℃左右，工作溫度非常高，很容易使零部件急劇磨損，甚至還會出現(xiàn)卡死、損壞等現(xiàn)象。
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汽車發(fā)動機
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航空發(fā)動機
溫度在很多領域都對產(chǎn)品的性能產(chǎn)生影響，那么如何去分析解決這種問題呢？
下面選取典型的孔軸配合案例進行說明。
某孔軸為間隙配合，孔軸直徑為Ø50mm，工作溫度為100℃，間隙要求：0~0.05mm，孔的材料為鑄鐵，軸的材料為含Cr+Mo的不銹鋼材料，設計孔軸在常溫時的公差。
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孔軸間隙
（1）常溫20℃狀態(tài)下，通過3DCC軟件公差分配的功能對孔軸進行公差設計：
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常溫下公差分配
設計的公差為:
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（2）當溫度在100℃時，孔軸發(fā)生熱膨脹，其尺寸會發(fā)生相應改變，可以通過3DCC軟件校核在工作溫度100℃時孔軸的配合間隙范圍：
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100℃時配合間隙
計算得到在100℃時，孔軸配合間隙為-0.01~0.04mm，配合間隙存在負值，有可能使軸類零件卡死，影響運動靈活性。
（3）在常溫狀態(tài)下不考慮溫度因素設計的公差顯然不滿足非常溫的工作條件，需要重新進行公差設計。利用3DCC軟件分配在滿足100℃工作溫度條件下的常溫公差。
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100℃時公差分配
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孔軸公差帶圖
通過3DCC軟件校核公差的合理性，在常溫20℃下孔軸配合間隙為0.01~0.05mm。
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常溫配合間隙
在100℃時，其配合間隙為0~0.04mm，均滿足間隙要求。
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100℃配合間隙
通過上述過程，我們可以看出，在對于有特殊溫度要求的產(chǎn)品公差設計時，需要考慮在常溫狀態(tài)與工作溫度狀態(tài)設計的公差是否同時滿足要求，通過結合兩種情況的公差進行優(yōu)化設計，可以保證零件公差在不同溫度條件下均能滿足設計要求。