熱膨張の計算(寸法の温度補正)
図面の寸法も規格の値も 20℃のときの値です。夏の工場で削った直後のアルミと、鋼のノギス。測った値が図面とずれて見えるのは、温度のせいかもしれません。材料を選ぶと線膨張係数が入ります(材料ページと同じ値)。
計算
計算のしかた
長さの変化 ΔL = α × L × ΔT
温度 T での寸法 LT = L20 × (1 + α × (T − 20))
測定器とワークの材料が違うときの見かけの誤差 e ≒ L × (αw × (Tw − 20) − αs × (Ts − 20))
しめしろの減り(材料の違う穴と軸) Δδ = (α穴 × ΔT穴 − α軸 × ΔT軸) × d
焼ばめの温度差 ΔT = (δ + c) ÷ (α × d) 冷やしばめの軸の温度 T = 室温 − (δ + c) ÷ (α × d)
- 製品の寸法の測定は 20℃を基準にします(軸受メーカー・測定器メーカーの資料。規格では JIS B 0680/ISO 1)。
- 鋼製のノギス・マイクロメータは鋼のワークと膨らみ方がほぼ同じなので、両方が同じ温度なら温度の影響はほとんど打ち消し合います。アルミや樹脂のワークでは打ち消されず、読みが大きく出ます。
- マイクロメータを素手で持つと手の熱でフレームが伸びます。基準棒も手で直接持たず、測定器と基準棒は同じ場所に数時間置いて温度をそろえてから基点を合わせます(ミツトヨの資料)。
- 冷やすと線膨張係数は小さくなるので、冷やしばめでは室温付近の値で計算した温度より低く冷やす必要があります。
関連する計算
出典
式と 20℃基準は軸受メーカー・測定器メーカーの資料と大学の教材、材料ごとの線膨張係数は材料メーカー・業界団体の資料です(材料ページに出典)。
- 日本精工(NSK)「転がり軸受 総合カタログ CAT.No.1103 Part A(A177 8.3.1 温度上昇と寸法変化・例題/A178 8.3.2 式 8.12)」
https://www.nsk.com/content/dam/nsk/jp/ja/catalogs/pdf/bearings/1103_parta.pdf - NTN「Ball and Roller Bearings CAT.No.2203/E(Table 13.7 Mechanical property values of bearing materials/7.3 fits の 20℃管理・材料差によるしめしろ変化の式)」
https://ntnamericas.com/wp-content/uploads/2020/12/2203E_Web.pdf - ミツトヨ「Quick Guide to Precision Measuring Instruments(Catalog No. E11003(7))」
https://www.mitutoyo.com/webfoo/wp-content/uploads/E11003_7_Quick_Guide_DB.pdf - ジェイテクト(Koyo)「Ball & Roller Bearings CAT.No.B2001E(Table 15-2 Shrink fit/外輪しめしろの式のヤング率)」
https://koyo.jtekt.co.jp/support/catalog-download/uploads/catb2001e_a.pdf - フェアフィールド大学(Fairfield University)「ME311 PressCylinder: Shrink Fits(W.H. Dornfeld、p.17 ΔR = Rα·ΔT)」
https://www.faculty.fairfield.edu/wdornfeld/ME311/PressCylinderHam.pdf