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Efeito da variação de temperatura no ajuste de tolerância

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Efeito da variação de temperatura no ajuste de tolerância

 

Na concepção mecânica, as alterações de temperatura são um fator indispensável.que possam alterar as tolerâncias originalmente precisas e até afectar o funcionamento normal da máquinaSe os factores de temperatura não forem devidamente tidos em conta durante o projecto, podem ocorrer problemas tais como montagem solta, ajuste de interferência excessivo, bloqueio ou falha mecânica.Este artigo irá explorar como as mudanças de temperatura afetam as tolerâncias e fornecer estratégias razoáveis de projeto.

1Como é que as alterações de temperatura afectam o tamanho da peça?

O principal fator que afeta a mudança de tamanho é o coeficiente de expansão linear (coeficiente de expansão térmica, α),que é calculado do seguinte modo::

Efeito da variação de temperatura no ajuste de tolerância

Entre eles:

ΔL: Mudança de comprimento

L0: comprimento original

α: coeficiente de expansão linear do material (unidade: 1/°C1/°C1/°C)

ΔT: variação de temperatura (unidade: °C)

  • Efeito da variação de temperatura no ajuste de tolerância

A influência da tolerância de ajuste na variação de temperatura

1- O ajuste de interferência pode tornar-se um ajuste de separação

Em ambientes de alta temperatura, tanto o poço como o buraco se expandirão.causando deslizes ou falhas de partesPor exemplo, no caso de uma mangueira de rolamento de alumínio instalada numa caixa de aço, dado que o alumínio tem um coeficiente de expansão térmica muito superior ao do aço,o ajustamento pode afrouxar à medida que as temperaturas aumentam.

Efeito da variação de temperatura no ajuste de tolerância

2- O ajuste de clareamento pode tornar-se um ajuste de interferência

Em contrapartida, num ambiente de baixa temperatura, tanto o poço como o buraco se contraem.o dispositivo de separação original pode transformar-se num dispositivo de interferênciaPor exemplo, na instalação de rolamentos de motores de aviões em ambientes frios, o orifício da carcaça do rolamento pode contrair, impedindo a instalação adequada.

Efeito da variação de temperatura no ajuste de tolerância

3A expansão sob ambiente de alta temperatura leva ao bloqueio

Em algumas aplicações de alta temperatura (como equipamentos de tratamento térmico, motores), se as duas partes se expandirem de forma diferente, pode levar a um movimento relativo limitado entre as partes.o ajuste de um pistão e cilindro, se não for concebido adequadamente, o pistão pode interferir no desgaste do cilindro após o aumento da temperatura.

Efeito da variação de temperatura no ajuste de tolerância

4O esforço térmico causado pela diferença de temperatura afecta a resistência da estrutura.

Se a distribuição de temperatura de uma peça for desigual, pode ocorrer estresse térmico (Thermal Stress), causando deformação ou até mesmo rachaduras da peça.para a ligação de flange de uma caixa de velocidades de trem de alta velocidade, se a diferença de temperatura for demasiado grande, os parafusos e as flanges podem apresentar concentrações de tensão devido a diferentes coeficientes de expansão térmica, levando a falhas de fadiga.

Efeito da variação de temperatura no ajuste de tolerância

3Como considerar os fatores de temperatura no projecto?

✅1. Escolha os materiais certos

Em um ambiente com grandes variações de temperatura, devem ser selecionados materiais com coeficientes de expansão semelhantes, na medida do possível, para reduzir a variação da coordenação.

Por exemplo, a proporção de aço e alumínio é mais estável do que a do aço e do alumínio.

Em ambientes de temperaturas extremas (como a aviação e o espaço), podem ser utilizadas ligas de baixa expansão (como a liga INVAR, que tem um coeficiente de expansão muito baixo).

✅2. Utilize o projeto de compensação de temperatura

Em partes importantes, pode ser definida uma lacuna de expansão ou uma estrutura de compensação.

Por exemplo, o fuso da máquina-ferramenta geralmente usa rolamentos flutuantes ou anéis de compensação térmica para evitar deformações de alta temperatura que afetam a precisão de usinagem.

  • Efeito da variação de temperatura no ajuste de tolerância

✅3. Calcular e corrigir a tolerância de ajuste

De acordo com a faixa de temperatura de funcionamento, calcular a expansão das peças e ajustar a tolerância de acordo.

Por exemplo, para um ajuste de interferência de trabalho a altas temperaturas, uma interferência ligeiramente maior pode ser selecionada à temperatura ambiente para compensar o efeito da expansão a alta temperatura.

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✅4. Utilize um processo especial de montagem

Montagem a frio: para peças com ajuste de interferência, o eixo pode ser resfriado primeiro (como resfriamento de nitrogênio líquido) e depois instalado no orifício,e o aperto é alcançado pela expansão da recuperação de temperatura.

Montagem a quente: Para peças que precisam ser bem montadas, o buraco pode ser aquecido primeiro para expandir e, em seguida, o eixo é instalado.

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Análise de caso: conceção da compensação de temperatura da junção do carril

✅ Antecedentes: Os carris das ferrovias de alta velocidade expandem-se no verão e contraem-se no inverno.

✅ Rx:

Usando linhas sem costura de trilhos soltos contínuos (CWR), o esforço de temperatura é distribuído uniformemente através do dispositivo de fixação da pista para reduzir a deformação.

As juntas de expansão (Expansion Joint) são colocadas na junção do trilho para permitir que a pista se expanda e se contraia livremente com as mudanças de temperatura.

Escolher os materiais adequados para garantir a estabilidade estrutural no ambiente de diferença de temperatura.

Efeito da variação de temperatura no ajuste de tolerância

✅ As mudanças de temperatura podem afectar os ajustamentos de tolerância, levando à soltura, bloqueio ou falha mecânica; os fatores de temperatura devem ser tidos em conta no projecto.✅ Diferentes materiais têm diferentes coeficientes de expansão térmica✅ Usando projetos de compensação de temperatura, tais como o ajuste das tolerâncias de ajuste,Reserva de lacunas de expansão✅ Na prática de engenharia, a utilização de um sistema de aquecimento de água e de ar pode reduzir de forma eficaz os efeitos da temperatura.O uso racional das propriedades de expansão térmica pode otimizar os processos de montagem e melhorar a confiabilidade mecânica.

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