溫度變化對零件測量誤差的影響

1、溫度變化對零件測量誤差的影響摘 要：本文以高壓電氣產(chǎn)品零件屏蔽罩為例，從理論和實(shí)際兩方面計(jì)算、 分析、論證了溫度變化對線膨脹系數(shù)大的金屬零件的測量誤差影響程度，及溫度變化和零件測量誤差兩者的關(guān)系，從而對檢查員在實(shí)際檢查中采取有效措施避免溫度變化對測量結(jié)果的影響，保證測量結(jié)果正確性起到指導(dǎo)作用；另外可對設(shè)計(jì)人員在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)產(chǎn)品安裝環(huán)境對線膨脹系 數(shù)大的金屬零件尺寸公差做相應(yīng)調(diào)整，保證產(chǎn)品可靠安全運(yùn)行提供參考依據(jù)。1引言在實(shí)際機(jī)械零件檢測中，產(chǎn)生測量誤差的原因很多，主要有因測量方法不完善引起的誤 差、測量器具本身引起的誤差、主觀因素引起的誤差、客觀因素引起的誤差等。本文主要分析了溫度變化對線膨

2、脹系數(shù)大的金屬零件引起的測量誤差，并給出了理論計(jì)算和實(shí)際試驗(yàn)的結(jié)果比對，得出溫度變化對線膨脹系數(shù)大的金屬零件的測量誤差影響程度，及溫度變化和零件測量誤差兩者的關(guān)系。2金屬線膨脹系數(shù)與溫度的關(guān)系金屬材料線膨脹系數(shù)是指：金屬每升高1C所增加長度與原來長度的比值，簡稱為線膨脹系數(shù)。它是衡量金屬材料熱膨脹大小的性能指標(biāo)，線膨脹系數(shù)大的材料，它在受熱后膨脹就大，反之則小。依據(jù)機(jī)械工程材料手冊 ，線膨脹系數(shù)a的計(jì)算公式為a=if 12- it)( 1)式中：L為測量誤差；Li 為被測長度；t2-ti 為溫度差。在機(jī)械檢測中標(biāo)準(zhǔn)溫度為20C，也就是11=20 C，t2為測量時(shí)環(huán)境溫度。3溫度變化對零件測量結(jié)

3、果的影響為了定量分析溫度變化對金屬材料線膨脹性能的影響程度，現(xiàn)以高壓電器產(chǎn)品中的屏蔽罩(圖1)為例予以說明。屏蔽罩在高壓電器產(chǎn)品中裝配位置分布在斷路器、隔離開關(guān)、內(nèi)部 導(dǎo)體裝配部分及主母線部分 ，主要起導(dǎo)電和屏蔽作用。屏蔽罩中有一重要尺寸是熱壓配合尺 寸，圖1中屏蔽罩的熱壓尺寸為 力109,材料為LF2。圖屏蔽翠示堂汨圖屏蔽翠示堂汨為了測量出零件溫度變化引起的熱膨脹量，現(xiàn)比較五種溫度(0C、10C、20C、30C、40C)下，同一個(gè)屏蔽罩的熱壓配合尺寸的理論尺寸測量誤差、實(shí)際尺寸測量誤差。3 - 1五種測量溫度下理論測量尺寸變化量根據(jù)式得出：測量誤差L= a - Li- (t2-ti)依據(jù)機(jī)械

4、材料手冊LF2的熱膨脹系數(shù)也=23 8X 10-6K1(1)計(jì)算環(huán)境0C時(shí)測量誤差 L=23 - 8X 10-6- 108mm(0C -20 C )=-0 - 0518mm(2)計(jì)算環(huán)境10 C時(shí)測量誤差 L=23 - 8X 10-6108mm(10C-20 C )=-0 - 0259mm(3)計(jì)算環(huán)境20C時(shí)測量誤差 L=23 - 8X 10-6 108mm(20C- 20 C ) =0mm(4)計(jì)算環(huán)境30 C時(shí)測量誤差 L=23 - 8X 10-6K-1 108mm(30C- 20 C ) =0 - 0259mm(5)計(jì)算環(huán)境溫度40 C時(shí)測量誤差A(yù) L=23 - 8X 10-6K1 1

5、09mm(40C- 20 C ) =0 - 0518mm結(jié)合以上計(jì)算結(jié)果，我們對20C測量合格零件（零件尺寸范圍在 力108 946- 109mm）,計(jì)算它在其它四種溫度0C、10C、30C、40C下對應(yīng)理論尺寸變化量，并計(jì)算在其它溫度 下合格情況，結(jié)果見表1。表表J五種測是溫度下理論測星五種測是溫度下理論測星R寸變化寸變化 溫度溫度C理論尺寸變化（理論尺寸變化（mm 1合格范圍合格范圍”“”“血血結(jié)論結(jié)論01。土土S942 -10S. 94S24. 1飪飪合市區(qū)合市區(qū)1010H .9201 108. 974120I0S.946 -10910S. 946 -109j施施30108.9719-

6、109. 025940| |謎一。卯謎一。卯05IS4.話話合格合格B對表1計(jì)算結(jié)果作圖樣分析，如圖2所示。圖圖2 fl種種測五溫度下理度下早尺寸變化南測五溫度下理度下早尺寸變化南從以上圖、表分析得出結(jié)論：在20C零件尺寸范圍在 力108 946-力109mm屬于合格零件，在其他四種溫度狀態(tài)0C、10C、30C、40C下不一定合格，而且溫度對膨脹性影響成線形關(guān)系。3 - 2五種溫度下零件的實(shí)際測量尺寸變化量比較兩個(gè)零件在不同溫度下的尺寸值，并得出在不同溫度測量零件的合格情況。a ?五神溫度下零件的實(shí)際測箜尺寸變化用五神溫度下零件的實(shí)際測箜尺寸變化用.1廠實(shí)實(shí)測測J值值l. tn nn要求要求結(jié)

7、論結(jié)論零件零件1零件零件2零件零件1零件零件20-O.OQ-0, 04不合格不合格合格合格10-0.06-0. 012()-0 . U50熾熾-(J.054M孑格孑格30-0.04十十0.0140十十O.Ol+ +。04合塔合塔不合格不合格對上表中零件的兩組尺寸作分布圖如圖3:(mn)0.060,050.04(J.030.02。頂0-g!-0.02003-0.04-0,06-0,07-OiO8-0.09通過對兩個(gè)零件在不同溫度實(shí)際測量結(jié)果比較分析，可以得出：在20C合格零件，在其它溫度下測量不一定合格。而且偏離標(biāo)準(zhǔn)溫度20C越大，零件膨脹量越大，靠近標(biāo)準(zhǔn)溫度，膨脹量越小。為療胳區(qū)為療胳區(qū)ITO

8、 )零件零件I MH圖圖3兩個(gè)事件的實(shí)測尺寸分布勇兩個(gè)事件的實(shí)測尺寸分布勇4溫度變化對零件測量誤差影響程度的分析研究4 - 1溫度變化對零件尺寸的影響程度由屏蔽罩理論計(jì)算和實(shí)際測量得出結(jié)論：同一個(gè)屏蔽罩在0C和40C ,理論尺寸變化為0 - 1036mm同一個(gè)屏蔽罩在0C和40C，實(shí)際測量尺寸變化為0 08mm理論變化和實(shí)際測 量基本吻合，從0C到40 C ,同一屏蔽罩尺寸變化量幾乎為零件尺寸允許公差（0-0- 054） mm的1 52倍。同一屏蔽罩尺寸在0C和20C或40C和20C時(shí)測量，理論尺寸變化量（絕對值）為0 - 0518mm實(shí)際測量尺寸變化量為0 04（絕對值）mm理論變化和實(shí)際測

9、量基本吻合。4 - 2溫度變化與膨脹量的關(guān)系比較理論計(jì)算和實(shí)際測量中溫度變化與膨脹量的關(guān)系，理論上兩者呈線性關(guān)系，但實(shí)際上因?yàn)榱慵螤?、結(jié)構(gòu)等原因，兩者并非線性關(guān)系，而是以20C為標(biāo)準(zhǔn)，測量溫度接近20C ,零件線膨脹量越?。ń^對值）；測量溫度遠(yuǎn)離20C，零件線膨脹量越大（絕對值因此我們在 屏蔽罩測量時(shí)盡量在20 C或接近20 C環(huán)境溫度下測量。以上結(jié)論可以解釋我們實(shí)際測量工 作中下列現(xiàn)象：夏季檢查（零件沒有在標(biāo)準(zhǔn)溫度20C或接近20C下測量，而是本體溫度在40C甚至更高溫度時(shí)測量）合格的零件，在冬季裝配時(shí)不合格；或者冬季檢查合格的零件（零 件沒有在標(biāo)準(zhǔn)溫度20C或接近20C下測量，而是本體溫

10、度在0C或更低溫度下測量），在夏季 裝配時(shí)不合格。4 - 3解決措施對線膨脹系數(shù)大的零件檢查時(shí)，盡量在接近20 C環(huán)境溫度下測量。如果在夏季、冬季測量零件時(shí)，一般情況下零件在外界環(huán)境下暴露時(shí)間較長，在檢查時(shí)注意，不要零件一到檢驗(yàn)現(xiàn)場就開始檢查，而要放置一定時(shí)間，等零件溫度接近20 C測量環(huán)境溫度時(shí)，再開始測量。還有 一種情況，對于剛加工完的零件，也不能立刻檢查尺寸，同樣也要放置一定時(shí)間，才能開始測 量。這樣避免溫度變化給測量帶來的不利影響，便于檢查人員做出正確結(jié)論。另外，溫度變化引起零件的膨脹，在產(chǎn)品裝配中也體現(xiàn)出來。 因?yàn)閼敉飧邏弘姎猱a(chǎn)品現(xiàn)場 溫度變化幅度很大，-30 C40C甚至超過此范圍

11、，有可能在制造單位裝配、試驗(yàn)合格的產(chǎn)品，運(yùn)到用戶現(xiàn)場因?yàn)榄h(huán)境溫度變化的原因，有些零件膨脹導(dǎo)致配合松弛，嚴(yán)重者甚者脫落，這在高壓電氣產(chǎn)品中是不允許的，所以設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)一定考慮環(huán)境溫度影響，而不能同一種產(chǎn)品適用于各種溫度下運(yùn)行，這是不科學(xué)的，而要根據(jù)安裝現(xiàn)場溫度，對于一些線膨脹系數(shù)大的零件公差作相應(yīng)的調(diào)整，以避免溫度變化引起零件膨脹，從而給整個(gè)產(chǎn)品帶來不利影響。5結(jié)論本文通過分析屏蔽罩在不同溫度下的誤差變化特性,討論了溫度變化對金屬零件的誤差影響程度，通過實(shí)例驗(yàn)證，得出了結(jié)論。檢查人員在檢查線膨脹系數(shù)大的零件時(shí)一定考慮溫度 對零件尺寸測量的影響，特別是在夏季、冬季測量零件時(shí)，不要茫然下結(jié)論，

12、導(dǎo)致出現(xiàn)“假廢品和誤判合格現(xiàn)象，給制造單位帶來不必要的損失或給裝配單位帶來不必要的麻煩，影響產(chǎn)品性能及使用。同時(shí)檢查人員懂得采取有效措施避免溫度變化對測量結(jié)果的影響，保證測量結(jié)果正確性。另外設(shè)計(jì)人員根據(jù)產(chǎn)品安裝環(huán)境，對部分零件尺寸公差做相應(yīng)調(diào)整，以保證產(chǎn)品 可靠性。參考文獻(xiàn)1李柱，習(xí)宏卓，謝鐵幫編.互換性與測量基礎(chǔ)M.武昌：華中理工大學(xué)出版社，1988.8.2中國第一汽車集團(tuán)公司編機(jī)械工程材料手冊M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.3苗恩銘，費(fèi)業(yè)泰，趙靜.溫度、熱量與熱變形的關(guān)系與計(jì)算方法研究J.工具技術(shù)，2003.7(37):1921.4黃其圣，張勇，胡鵬浩，郭元.溫度變化對機(jī)械零件配合精度的影響J.機(jī)械設(shè)計(jì)，2001.3:4547.5同長虹，劉經(jīng)華，張智.在長度測量和選擇配合時(shí)如何考慮溫度的影響J