温度对公差设计的影响

零件尺寸公差一般是基于常温进行设计，但我们知道一个自然规律——材料的热胀冷缩，当零件受温度影响时，其尺寸会发生变化，基于常温条件设计的零件尺寸会因为热胀冷缩而不满足非常温的工作条件，最终影响产品寿命及性能，例如出现零件卡死或松动等问题。

现代工业很多产品如发动机、变速箱、机床等对温度的要求都很高，比如汽车发动机的正常工作温度是85-105℃之间，燃烧室内部工作温度能达到2000℃以上，如果发动机温度过高的话,会导致各零部件间隙减小甚至消失，最终造成拉缸、化瓦等严重的机械故障；又比如航空发动机，其燃烧室温度最高可以达到2000℃以上，涡轮温度在1500℃左右，工作温度非常高，很容易使零部件急剧磨损，甚至还会出现卡死、损坏等现象。

汽车发动机

             航空发动机                          

温度在很多领域都对产品的性能产生影响，那么如何去分析解决这种问题呢？下面选取典型的孔轴配合案例进行说明。

某孔轴为间隙配合，孔轴直径为Ø50mm，工作温度为100℃，间隙要求0~0.05mm，孔的材料为铸铁，轴的材料为含Cr+Mo的不锈钢材料，设计孔轴在常温时的公差。

孔轴间隙

（1） 常温20℃状态下，通过3DCC软件公差分配的功能对孔轴进行公差设计：

常温下公差分配

设计的公差为：

（2）当温度在100℃时，孔轴发生热膨胀，其尺寸会发生相应改变，可以通过3DCC软件校核在工作温度100℃时孔轴的配合间隙范围：

100℃时配合间隙

计算得到在100℃时，孔轴配合间隙为-0.01~0.04mm，配合间隙存在负值，有可能使轴类零件卡死，影响运动灵活性。

（3）在常温状态下不考虑温度因素设计的公差显然不满足非常温的工作条件，需要重新进行公差设计。利用3DCC软件分配在满足100℃工作温度条件下的常温公差。

100℃时公差分配

孔轴公差带图

通过3DCC软件校核公差的合理性，在常温20℃下孔轴配合间隙为0.01~0.05mm。

 常温配合间隙

在100℃时，其配合间隙为0~0.04mm，均满足间隙要求。

100℃配合间隙

通过上述过程，我们可以看出，在对于有特殊温度要求的产品公差设计时，需要考虑在常温状态与工作温度状态设计的公差是否同时满足要求，通过结合两种情况的公差进行优化设计，可以保证零件公差在不同温度条件下均能满足设计要求。

重庆诚智鹏科技有限责任公司

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