优秀的机械设计师与普通的机械设计师的区别在于优秀的设计师在设计零件时考虑的问题比普通设计师更加全面,对细节的把握更加全面。同样的一张图纸,不同的人对图纸的理解都是不同的,如果看图的人水平很低,那么就会无法理解图纸的设计意图。

在做设计的时候,如果零件的工作环境温度变化范围比较大,我们是需要考虑环境温度的变化对零件的影响的,尤其对于装配体,更加要注意温度带来的变化。比如曲轴、轴承座、轴瓦在工作时零件的温度都会升高,且升高的幅度也不一致,由于不同的材料热膨胀系数不同,在温度升高后原有的配合尺寸就会发生改变,温度升高后是否会造成整个运动机构的失效,是需要我们考虑的。

下面,猫亮设计举一个最简单的例子来说明一下。

压铸铝是一种常用的材料,由于其重量轻、外观质量好、强度尚可而被广泛采用。对于某些零件,需要在压铸铝上钻上螺纹孔,还要求螺纹孔具有一定的强度,常规的做法是在压铸铝中镶嵌一个铜套,这样在铜套中的螺纹就可以满足使用需求了。

这类零件在常温中没有什么问题,一旦工作温度升高,我们就需要考虑温度对这两种材料的影响了。

  • 为了分析这个问题,我们使用solidworks建立一个1/4的压铸铝镶嵌铜套的模型。

工作温度对零件材料的选择

  • 打开solidworks simulation,新建一个静应力分析,铜套材料设置为黄铜,外部材料设置为1060铝合金。
  • 对两个零件添加全局接触,接触关系设置为接触;设置好对称约束;最后选择两个实体,对其添加温度载荷;划分单元格后求解。

工作温度对零件材料的选择

  • 计算结果显示,在150摄氏度的时候,外部压铸铝的膨胀要大于内部,因此压铸铝和铜套之间会存在间隙,在高温下铜套的固定就失效了。

工作温度对零件材料的选择

  • 下面使用同样的边界条件,我们将温度更改为零下50摄氏度,由于温度降低,压铸铝的收缩比铜套的大,因此在压铸铝和铜套之间会产生一个应力,铜套会被压铸铝包裹。

工作温度对零件材料的选择

正确的认识在设计零件时温度对材料选择的影响才能够很好的完成设计,对于在温度变化较大的环境中工作的机械机构,我们要选择线膨胀系数接近的材料。