Dans la conception mécanique, les changements de température sont un facteur indispensable.qui peuvent modifier les tolérances initialement précises et même affecter le fonctionnement normal de la machineSi les facteurs de température ne sont pas considérés de manière adéquate lors de la conception, des problèmes tels qu'un assemblage lâche, une installation à interférences excessives, un blocage ou une défaillance mécanique peuvent survenir.Cet article explore comment les changements de température affectent les tolérances et fournit des stratégies de conception raisonnables.

1Comment le changement de température affecte-t-il la taille de la pièce?

La taille de tous les matériaux changera avec la température. Le facteur principal qui affecte le changement de taille est le coefficient de dilatation linéaire (coefficient d'expansion thermique, α),qui est calculé comme suit::

parmi lesquels:

ΔL: modification de la longueur

L0: longueur initiale

α: coefficient de dilatation linéaire du matériau (unité: 1/°C1/°C1/°C)

ΔT: variation de température (unité: °C)

L'influence de la tolérance d'ajustement sur la variation de température

1- L'adaptateur d'interférence peut devenir un adaptateur de dégagement

Dans les environnements à haute température, l'arbre et le trou s'étendront.provoquant des glissements ou même des défaillances des piècesPar exemple, dans le cas d'un roulement en aluminium monté dans un boîtier en acier, l'aluminium ayant un coefficient de dilatation thermique beaucoup plus élevé que l'acier,l' ajustement peut se relâcher à mesure que les températures augmentent.

2Le dispositif de dégagement peut devenir un dispositif d'interférence.

Au contraire, dans un environnement à basse température, le puits et le trou se contractent.le dispositif de dégagement initial peut se transformer en dispositif d'interférencePar exemple, lors de l'installation de roulements de moteur d'avion dans des environnements froids, le trou du boîtier de roulement peut se contracter, empêchant une installation correcte.

3L' expansion sous un environnement à haute température conduit à un blocage

Dans certaines applications à haute température (comme les équipements de traitement thermique, les moteurs), si les deux parties s'étendent différemment, cela peut entraîner un mouvement relatif limité entre les parties.l'ajustement d'un piston et d'un cylindre, si elle n'est pas conçue correctement, le piston peut interférer avec l'usure de la bouteille après une augmentation de la température.

4Le stress thermique causé par la différence de température affecte la résistance de la structure.

Si la distribution de température d'une pièce est inégale, un stress thermique (Thermal Stress) peut se produire, provoquant une déformation ou même une fissuration de la pièce.dans la connexion de la bride d'une boîte de vitesses de train à grande vitesse, si la différence de température est trop grande, les boulons et les brides peuvent présenter une concentration de contraintes due à des coefficients de dilatation thermique différents, entraînant une défaillance par fatigue.

3Comment prendre en compte les facteurs de température dans la conception?

✅1. Choisissez les matériaux appropriés

Dans un environnement où les variations de température sont importantes, il convient de choisir autant que possible des matériaux ayant des coefficients de dilatation similaires afin de réduire la variation de coordination.

Par exemple, la proportion d'acier et d'aluminium est plus stable que celle de l'acier et de l'aluminium.

Dans des environnements à température extrême (tels que l'aviation et l'espace), des alliages à faible expansion (tels que l'alliage INVAR, qui a un coefficient d'expansion très faible) peuvent être utilisés.

✅2. Utiliser une conception de compensation de température

Dans les pièces importantes, il est possible de définir un espace d'expansion ou une structure de compensation.

Par exemple, la broche de la machine-outil utilise généralement des roulements flottants ou des anneaux de compensation thermique pour éviter les déformations à haute température affectant la précision d'usinage.

✅3. Calculer et corriger la tolérance d'ajustement

Selon la plage de température de travail, calculer l'expansion des pièces et ajuster la tolérance de manière appropriée.

Par exemple, pour un ajustement d'interférence de travail à haute température, une interférence légèrement plus grande peut être sélectionnée à température ambiante pour compenser l'effet de l'expansion à haute température.

✅4. Utilisez un procédé d'assemblage spécial

Montage à froid: pour les pièces équipées d'un dispositif d'interférence, l'arbre peut d'abord être refroidi (comme le refroidissement à l'azote liquide) puis installé dans le trou,et le resserrement est réalisé par l'expansion de la récupération de température.

Montage à chaud: pour les pièces qui doivent être assemblées étroitement, le trou peut être chauffé d'abord pour l'élargir, puis l'arbre est installé.

Analyse de cas: conception de la compensation de température des joints de rails

✅ Contexte: Les rails des chemins de fer à grande vitesse s'étendent en été et se contractent en hiver.

✅ Rx:

En utilisant des lignes sans soudure à rail continu (CWR), la contrainte de température est uniformément répartie à travers le dispositif de fixation de voie pour réduire la déformation.

Les joints d'expansion (joints d'expansion) sont fixés à l'articulation du rail pour permettre à la voie de s'étendre et de se contracter librement avec les changements de température.

Sélectionner les matériaux de piste appropriés pour assurer la stabilité de la structure dans un environnement à différence de température.

✅ Les changements de température peuvent affecter les ajustements de tolérance, entraînant des relâchements, des blocages ou des pannes mécaniques; les facteurs de température doivent être pris en compte dans la conception.✅ Différents matériaux ont des coefficients de dilatation thermique différents✅ Utiliser des conceptions de compensation de température, telles que l'ajustement des tolérances d'ajustement,réserver des lacunes d'expansion✅ Dans la pratique de l'ingénierie, les techniques de fabrication et d'assemblage peuvent réduire efficacement les effets de température.l'utilisation rationnelle des propriétés de dilatation thermique peut optimiser les processus d'assemblage et améliorer la fiabilité mécanique.