چرا انبساط حرارتی برای یاتاقانها اهمیت دارد؟

وقتی یک شفت در حین کار گرم میشود، به صورت محوری منبسط میشود. اگر هر دو یاتاقان به صورت محوری ثابت باشند (در حالت موقعیتیابی)، این انبساط باعث ایجاد پیشبار داخلی میشود و اصطکاک و دما را افزایش میدهد. چیدمان مناسب موقعیتیابی/عدم موقعیتیابی، رشد حرارتی را بدون آسیب رساندن به یاتاقانها امکانپذیر میکند.

چیدمان یاتاقانهای مکانیاب/غیر مکانیاب چیست؟

در چیدمان موقعیتیابی/عدم موقعیتیابی، یک یاتاقان به صورت محوری (موقعیتیابی) ثابت میشود تا شفت را در موقعیت مناسب قرار دهد، در حالی که یاتاقان دیگر برای جابجایی محوری (غیرموقعیتیابی) آزاد است (بدون موقعیتیابی). این رایجترین چیدمان است.

کدام مقدار CTE را باید وارد کنم؟

از یک ضریب انبساط حرارتی خطی میانگین برای گرید مادهٔ دقیق در بازهٔ دمای واقعی استفاده کنید. CTE با ترکیب و دما تغییر میکند؛ مقادیر خانوادهٔ مادهٔ عمومی فقط نمونههای تقریبی هستند.

میزان انبساط معمول چقدر است؟

یک شفت فولادی ۱ متری با افزایش دمای ۵۰ درجه سانتیگراد حدود ۰.۶ میلیمتر منبسط میشود. این مقدار ممکن است کوچک به نظر برسد اما اگر هر دو موقعیت یاتاقان به صورت محوری ثابت باشند، میتواند نیروهای عظیمی ایجاد کند.

آیا رشد افتراقی محوری، جفتشوندگی یا لقی یاتاقان را تعیین میکند؟

خیر. رشد طول محوری به تعیین اندازهٔ ظرفیت جابهجایی محوری کمک میکند. برازش شعاعی و لقی داخلی یاتاقان نیازمند قطرهای محلی، دمای حلقه/نشیمن، خواص مواد و آرایش دقیق یاتاقان است.

ابزار مهندسی رایگان #054

محاسبه‌گر انبساط حرارتی یاتاقان

تغییرات حرارتی محور و محفظه را به صورت جداگانه و یکنواخت محاسبه کنید و تفاوت مثبت یا منفی آنها را وارد کنید. طول‌های واقعی، مقادیر متوسط ضریب گسترش حرارتی (CTE) و تغییرات دما را وارد کنید.

δ = L × α × ΔTگرمایش/سرماگیری مثبت یا منفیانتخاب خودکار یاتاقان غیرفعال است

طول مؤثر محور L_s (میلی‌متر)

تغییر دمای محور ΔT_s (تفاوت K یا °C؛ مثبت یا منفی)

ضریب گسترش حرارتی متوسط محور α_s (μm/(m·K))

طول مؤثر محفظه L_h (میلی‌متر)

تغییر دمای محفظه ΔT_h (تفاوت K یا °C؛ مثبت یا منفی)

ضریب گسترش حرارتی متوسط محفظه α_h (μm/(m·K))

تخمین یکنواخت-دمایی: از مقدار متوسط CTE در هر بازه دما واقعی استفاده کنید. برای گرادیان‌های دما یا ساختارهای محدود، تنش حرارتی را یا از مدل ترمومکانیکی استفاده کنید.

نتایج

انبساط محوری شفت δ_شفت

—

انبساط محوری محفظه δ_housing

—

انبساط تفاضلی

—

فرمول انبساط حرارتی

L — فاصله اولیه مؤثر (mm)
α — ضریب گسترش حرارتی خطی متوسط در بازه مشخص (μm/(m·K)، عددی ×10⁻⁶/K)
ΔT — تغییر دما مثبت یا منفی از حالت مرجع (تفاوت K یا °C)

ورودی CTE

CTE به درجه و دما بستگی دارد. مقدار متوسط را از داده‌های ماده کنترل شده در بازه واقعی بدست آورید، به جای انتخاب برچسب گسترده خانواده ماده.

آرایش یاتاقان ثابت / آزاد

ℹ️ یک پشتیبانی مکان‌یافته/ناهم‌محور می‌تواند جابجایی محوری ناشی از رشد حرارتی نسبی محور و محفظه را تحمل کند، اما مسافت مورد نیاز و نوع یاتاقان باید از بارهای کامل، انطباق‌ها، تحمل‌ها و داده‌های سازنده انتخاب شوند.

The non-locating support must accommodate relative axial change, so lengths, temperatures and CTEs may differ.

Use mean linear CTE for the exact grade over the actual temperature interval; CTE varies with temperature and composition.

Yes. Negative ΔT represents cooling and produces contraction.

No. It reports signed axial growth only. Arrangement selection requires loads, fits, tolerances, available travel and manufacturer data.

No. Radial fit and internal clearance require local diameters, ring/seat temperatures and exact bearing geometry.

روش‌های شرح داده‌شده در این صفحه توسط تیم Vibromera و با استفاده از Balanset-1A توسعه یافته و در محل آزمایش شده‌اند؛ این دستگاه یک بالانسر دو کاناله و آنالایزر ارتعاش قابل‌حمل برای بالانس کردن روتور در محل است.