热膨胀计算(尺寸的温度修正)
图纸上的尺寸和标准值,都是 20℃ 时的值。夏天车间里刚加工完的铝件,配上钢制游标卡尺,测得值与图纸看上去有偏差,可能就是温度造成的。选择材料后会自动填入线膨胀系数(与材料页面的值相同)。
计算
计算方法
长度变化 ΔL = α × L × ΔT
温度 T 时的尺寸 LT = L20 × (1 + α × (T − 20))
量具与工件材料不同时的表观误差 e ≒ L × (αw × (Tw − 20) − αs × (Ts − 20))
过盈量的减小(孔与轴材料不同) Δδ = (α孔 × ΔT孔 − α轴 × ΔT轴) × d
热装的温差 ΔT = (δ + c) ÷ (α × d)  冷装时轴的温度 T = 室温 − (δ + c) ÷ (α × d)
- 产品尺寸的测量以 20℃ 为基准(轴承厂家、量具厂家的资料;标准为 JIS B 0680/ISO 1)。
- 钢制游标卡尺、千分尺与钢制工件的膨胀程度几乎相同,所以两者温度相同时,温度的影响基本相互抵消。铝件或树脂工件则无法抵消,读数会偏大。
- 徒手握住千分尺时,手的热量会使尺架伸长。标准棒也不要直接用手拿,应把量具和标准棒放在同一处数小时,使温度一致后再校准零位(三丰的资料)。
- 冷却后线膨胀系数会变小,所以冷装时需要冷却到比按室温附近的值算出的温度更低。
相关计算
参考资料
公式和 20℃ 基准来自轴承厂家、量具厂家的资料和大学教材,各材料的线膨胀系数来自材料厂家、行业协会的资料(出处见材料页面)。
- 日本精工(NSK)“滚动轴承综合产品目录 CAT.No.1103 Part A(A177 8.3.1 温升与尺寸变化·例题/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 中的 20℃ 管理·材料差异引起的过盈量变化公式)”
https://ntnamericas.com/wp-content/uploads/2020/12/2203E_Web.pdf - 三丰“Quick Guide to Precision Measuring Instruments(Catalog No. E11003(7))”
https://www.mitutoyo.com/webfoo/wp-content/uploads/E11003_7_Quick_Guide_DB.pdf - 捷太格特(Koyo)“Ball & Roller Bearings CAT.No.B2001E(Table 15-2 Shrink fit/外圈过盈量公式中的杨氏模量)”
https://koyo.jtekt.co.jp/support/catalog-download/uploads/catb2001e_a.pdf - 费尔菲尔德大学(Fairfield University)“ME311 PressCylinder: Shrink Fits(W.H. Dornfeld,第 17 页 ΔR = Rα·ΔT)”
https://www.faculty.fairfield.edu/wdornfeld/ME311/PressCylinderHam.pdf