기계 설계에서 온도 변화는 필수적인 요소입니다. 부품은 다른 온도에서 팽창하거나 수축할 수 있습니다.원래 정밀한 허용값을 변경할 수 있고 심지어 기계의 정상적인 작동에도 영향을 줄 수 있습니다.설계 과정에서 온도 요인이 적절히 고려되지 않으면 느슨한 조립, 과도한 간섭 적합성, 막힘 또는 기계 장애와 같은 문제가 발생할 수 있습니다.이 기사 는 온도 변화 가 허용량 에 어떤 영향 을 미치는지 탐구 하고 합리적 인 설계 전략 을 제시 할 것 이다.

1온도 변화는 부품 크기에 어떤 영향을 미치나요?

모든 재료의 크기는 온도와 함께 변합니다. 크기의 변화에 영향을 미치는 핵심 요인은 선형 팽창 계수 (열광 팽창 계수, α),아래와 같이 계산됩니다.:

그 중:

ΔL: 길이 변화

L0: 원래 길이

α: 재료의 선형 팽창 계수 (단위: 1/C1/C1/C1)

ΔT: 온도 변화 (단위: °C)

온도 변화에 대한 허용의 영향

1- 간섭 장치가 클리어런스 장치가 될 수 있습니다.

고온 환경에서는 셰프트와 구멍이 모두 팽창합니다. 셰프트가 구멍보다 더 팽창하면 원래의 간섭 핏은 느슨한 클리어런스 핏으로 변할 수 있습니다.부품이 미끄러지거나 고장날 수도 있습니다.예를 들어, 알루미늄 베어링 수갑이 강철 가구에 장착되어 있는 경우, 알루미늄은 강철보다 훨씬 높은 열 확장 계수를 가지고 있기 때문에,기온이 높아질수록 부착이 느려질 수 있습니다..

2- 클리어런스 핏은 간섭 핏이 될 수 있습니다.

반대로, 낮은 온도 환경에서, 셰프트와 구멍은 모두 수축됩니다.원래의 클리어런스 핏은 간섭 핏으로 변할 수 있습니다.예를 들어, 차가운 환경에서 항공기 엔진 베어링을 설치할 때, 베어링 하우스 구멍이 수축하여 적절한 설치가 불가능할 수 있습니다.

3고온 환경에서의 팽창은 막힘으로 이어집니다.

일부 고온 응용 프로그램 (열 처리 장비, 엔진 등) 에서 두 부분이 다르게 팽창하면 부분 사이의 상대적 움직임이 제한 될 수 있습니다. 예를 들어,피스톤과 실린더의 적합성, 제대로 설계되지 않으면 피스톤이 온도 상승 후 실린더 마모를 방해 할 수 있습니다.

4. 온도 차이로 인한 열 스트레스는 구조의 강도에 영향을 미칩니다.

부분의 온도 분포가 불균형하다면 열 스트레스 (Thermal Stress) 가 발생하여 부분의 변형 또는 균열을 유발할 수 있습니다. 예를 들어,고속 열차의 변속기 박스의 플랜지 연결에, 온도 차이가 너무 크면, 볼트와 플랜지는 열 확장 계수에서 차이가 있기 때문에 스트레스 농도를 경험할 수 있으며, 피로 실패로 이어질 수 있습니다.

3설계에서 온도 요인을 어떻게 고려합니까?

✅1. 올바른 재료 를 선택 하라

큰 온도 변화와 환경에서는 조정의 변화를 줄이기 위해 가능한 한 비슷한 팽창 계수를 가진 물질을 선택해야합니다.

예를 들어, 강철과 알루미늄의 비율은 강철과 알루미늄보다 더 안정적입니다.

극한 온도 환경 (항공 및 우주 등) 에서, 저팽창 합금 (이하 매우 낮은 팽창 계수 인 INVAR 합금) 을 사용할 수 있습니다.

✅2. 온도 보상 설계 사용

중요한 부분에서는 확장 격차 또는 보상 구조를 설정할 수 있습니다.

예를 들어, 기계 도구 스핀드는 일반적으로 가공 정확도에 영향을 미치는 높은 온도 변형을 피하기 위해 떠있는 베어링 또는 열 보상 고리를 사용합니다.

✅3. 적합성 허용량을 계산하고 수정합니다.

작업 온도 범위에 따라 부품의 팽창을 계산하고 허용량을 적절하게 조정합니다.

예를 들어, 고온 작업 간섭 부착을 위해, 높은 온도의 팽창의 효과를 상쇄하기 위해 방온에서 약간 더 큰 간섭을 선택할 수 있습니다.

✅4. 특수 조립 과정 을 사용 하라

차가운 조립: 간섭 장착 장치가있는 부품의 경우 샤프트가 먼저 냉각 될 수 있습니다 (액소 질소 냉각과 같이) 그리고 구멍에 설치됩니다.그리고 강화는 온도 회복의 확장에 의해 달성됩니다.

뜨거운 조립: 단단 히 조립 해야 할 부품 들 을 위해 먼저 구멍 을 가열 하여 팽창 시키고, 그 후 셰프 를 설치 한다. 냉각 후, 간섭 부착 이 형성 된다.

사례 분석: 철도 관절의 온도 보상 설계

✅ 배경: 고속 철도 의 철도는 여름 에는 확장 되고 겨울 에는 수축 한다. 합리적인 온도 보상 설계 없이, 철도 는 변형 이나 부서질 수 있다.

✅ Rx:

연속 용접 철도 (CWR) 원활한 라인을 사용하면 변형을 줄이기 위해 온도 스트레스는 트랙 고정 장치를 통해 균등하게 분배됩니다.

확장 관절 (Expansion Joint) 은 철도 관절에 설치되어 온도 변화에 따라 트랙이 자유롭게 팽창하고 수축 할 수 있습니다.

적절한 트랙 재료를 선택하여 온도 차이 환경에서의 구조적 안정성을 보장합니다.

✅ 온도 변화 는 용도 부착 에 영향을 미치며, 느슨 해짐, 막힘 또는 기계적 고장 으로 이어질 수 있다. 온도 요인은 설계 때 고려 해야 한다.✅ 각기 다른 재료의 열 확장 계수는 다릅니다.■ 온도 변화로 인한 차원 불일치를 피하기 위해 적절한 재료 조합을 선택해야 합니다.확장 공백을 예약, 그리고 특수 조립 기술을 사용하여 온도 효과를 효과적으로 줄일 수 있습니다.열 확장 특성의 합리적인 사용은 조립 프로세스를 최적화하고 기계적 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다..