在
防爆電氣設(shè)備制作中，塑料件與金屬件的軸-孔配合間隙是十分重要的。由于塑料材料的溫度膨脹系數(shù)大于金屬材料的，當(dāng)使用環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，塑料件與金屬件軸.孔配合間隙就會(huì)跟著發(fā)生變化。有時(shí)這個(gè)變化可能達(dá)到不能容忍的程度，例如，對(duì)于隔爆型電氣設(shè)備，常常會(huì)超過防爆標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的軸.孔配合隔爆間隙值。
因此，人們?cè)谠O(shè)計(jì)隔爆型電氣設(shè)備塑料件與金屬件軸.孔配合結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)該根據(jù)塑料件尺寸公差分配原則來計(jì)算這種隔爆結(jié)構(gòu)在使用環(huán)境溫度范圍內(nèi)的隔爆間隙。這里以圖6.9為例來討論這種塑料件與金屬件的軸-孔配合間隙隨溫度變化的規(guī)律和相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法建議。
1.計(jì)算示例
(1)示例(一)：塑料件為孔、金屬件為軸的孔-軸配合結(jié)構(gòu)計(jì)算
下面以塑料件為孔、金屬件為軸的孔.軸配合結(jié)構(gòu)為例來說明溫度變化對(duì)塑料件與金屬件孔一軸配合間隙的影響。
【例2】 在圖6.9中，接線板4與導(dǎo)電螺栓3構(gòu)成一種塑料件為孔、金屬件為軸的軸-孔配合結(jié)構(gòu)。
這是一種塑料件(ABS)上的通孔與黃銅(H62)制成的導(dǎo)電螺栓構(gòu)成的圓筒式隔爆結(jié)構(gòu)。預(yù)期使用環(huán)境溫度為-20～40％0試計(jì)算在這種情況下的隔爆間隙值。
由例6.1可知，接線板上導(dǎo)電螺栓用通孔的標(biāo)稱直徑為tk8mm，上極限偏差為0.10mm，下極限偏差為-0.04mm；配用的導(dǎo)電螺栓的公稱尺寸為qb8mm，上極限偏差為0，下極限偏差為-0.015mm；隔爆接合面設(shè)計(jì)寬度為26mm；隔爆間隙標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值為0.2mm。
從表6.7查到溫度膨脹系數(shù)：黃銅為21×10-6K，塑料為13×10-4K～。
溫度變化對(duì)隔爆間隙影響的計(jì)算步驟如下。
1)接線板脫模誤差的計(jì)算
由例6.1可知，脫模斜度為0.1度，隔爆接合面寬度為26mm，按照式(6.6)計(jì)算脫模斜度引起的脫模誤差
△t=2×(6mm+20mm)tan0.1度-0.091mm
計(jì)算表明，脫模誤差(0.091mm)小于在塑料件與金屬件構(gòu)成孔.軸配合的塑料件公稱尺寸上、下極限偏差的分配原則時(shí)設(shè)定的孔(qb8mm)的上極限偏差(0.1mm)。
2)隔爆間隙值的原始計(jì)算
這里所說的隔爆間隙原始計(jì)算，是指計(jì)算在設(shè)計(jì)環(huán)境溫度條件下(假設(shè)溫度為25℃)的隔爆間隙值。
據(jù)題意，在設(shè)計(jì)環(huán)境溫度為25℃時(shí)，絕緣接線板通孔的最大內(nèi)徑為8.10mm，導(dǎo)電螺栓的最小外徑為7.985mm。于是，此時(shí)的隔爆間隙值為
i(25=(8.10-7.985)mm
=0.115mm小于0.2mm
3)隔爆間隙值的第1次換算(20℃)
將在設(shè)計(jì)環(huán)境溫度條件下(25℃)得到的值換算到標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度(20℃)時(shí)的值。
①絕緣接線板通孔最大內(nèi)徑的第1次換算值：據(jù)題意，通孔內(nèi)徑的最大值為8.1mm。將其和相關(guān)數(shù)據(jù)代入式(6.5)中便得到
毋(20)=8.1mm×[1+13×10-4×(20~25)]
=8.1mm×0.9935
=8.04735mm
?、趯?dǎo)電螺栓最小外徑的第1次換算值：據(jù)題意，導(dǎo)電螺栓外徑的最小值為7.985mm。將其和相關(guān)數(shù)據(jù)代入式(6.5)中便得到
咖f20)=7.985mm×[1+21×10-6×(20~25)]
=7.985mm×0.999895
=7.984161575mm
?、蹣?biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度(20℃)時(shí)的隔爆間隙換算值：
這一步的計(jì)算表明，隨著溫度的下降(25℃~20℃)，塑料孔的內(nèi)徑和金屬軸的外徑同時(shí)都在減小，由于塑料材料的溫度膨脹系數(shù)大于金屬材料的，所以導(dǎo)致間隙值在減小。
4)隔爆間隙值的第2次換算(-20℃)
將換算到標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度(20％)時(shí)的值再換算到預(yù)期使用環(huán)境溫度為-20℃時(shí)的值。
?、俳^緣接線板通孔最大內(nèi)徑的第2次換算值：將第1次換算值代入式(6.5)中便得到
痧r-20)=8.04735mm×[1+13X10-4×(-20~20)]
=8.04735mmx0.948
=7.6288878mm
②導(dǎo)電螺栓最小外徑的第2次換算值：將第1次換算值代入式(6.5)中便得到：
咖r-20)=7.984161575mmX[1+21X10-6X(-20~20)]
=7.984161575mmx0.99916
=7.977454879277mm
?、垲A(yù)期環(huán)境溫度為-20℃時(shí)的隔爆間隙換算值：
if-20)=(7.6288878-7.977454879277)mm
=-0.348567079277 mm
≈-0.35mm
這一步的計(jì)算進(jìn)一步表明，隨著溫度的繼續(xù)下降(25℃±20℃±-20℃)，間隙值在繼續(xù)減小，此時(shí)出現(xiàn)過盈配合。
5)隔爆間隙值的第3次換算(40℃)
將換算到標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度(20℃)時(shí)的值再換算到預(yù)期使用環(huán)境溫度為40℃時(shí)的值。
①絕緣接線板通孔最大內(nèi)徑的第3次換算值：將第1次換算值代入式(6.5)中便得到
咖f401=8.04735mm X[1+13×10—4×(40~20)]
=8.04735mmx1.026
=8.256581lmm
②導(dǎo)電螺栓最小外徑的第3次換算值：將第1次換算值代人式(6.5)中便得到
咖f40=7.984161575mm X[1+21X10-6×(40~20)]
=7.984161575mmx1.00042
=7.9875149228615mm
?、垲A(yù)期使用環(huán)境溫度為40"C時(shí)的隔爆間隙換算值：
i(40)=(8.2565811-7.9875149228615)mm
=0.2690661771385mill
≈0.27mm
這一步的計(jì)算表明，隨著溫度的升高(20℃~40℃)，塑料孔的內(nèi)徑和金屬軸的外徑同時(shí)都在增大，由于塑料材料的溫度膨脹系數(shù)大于金屬的，所以導(dǎo)致間隙值在增大，以致于超過題設(shè)標(biāo)準(zhǔn)間隙值(0.27mm大于0.20mm)。
(2)示例(二)：金屬件為孔、塑料件為軸的孔.軸配合結(jié)構(gòu)計(jì)算
下面以金屬件為孔、塑料件為軸的孔一軸配合結(jié)構(gòu)為例來說明溫度變化對(duì)塑料件與金屬件孔.軸配合間隙的影響。
【例3】 在圖6.9中，接線盒體1與接線板4構(gòu)成一種金屬件為孔、塑料件為軸的軸.孔配合結(jié)構(gòu)。
這是一種鑄鐵(HT250)制成的孔與塑料件(ABS)制成的軸構(gòu)成的圓筒式隔爆結(jié)構(gòu)。預(yù)期使用環(huán)境溫度為-20~40℃。試計(jì)算在這種情況下的隔爆間隙值。
假設(shè)：
?、俑舯碗姎庠O(shè)備的防爆標(biāo)志為Exd II BT4 Gb；隔爆接合面設(shè)計(jì)寬度L=26mm(大于25mm)，隔爆間隙標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值i：0.2mm。
?、诮泳€盒體(設(shè)備外殼)由鑄鐵(HT250)制成，其上接線板安裝孔公稱直徑為qbl00mm，直徑公差選取H8：上極限偏差為0.054mm，下極限偏差為0；隔爆接合面寬度設(shè)計(jì)值L=26mm。
?、劢泳€板由塑料材料(ABS)制成，(外圓)公稱直徑為tM100mm，尺寸公差等級(jí)選取 MTla(0.25mm)，公差分配為：上極限偏差為0.144mm，下極限偏差為-0.106mm；開模斜度選取0.10。
從表6.7查到溫度膨脹系數(shù)：鑄鐵為12×10“K-。；塑料為13×10。4K～。
溫度變化對(duì)隔爆間隙影響的計(jì)算步驟如下。
1)接線板開模誤差的計(jì)算
據(jù)題設(shè)：接線板外圓面開模斜度為0.10，隔爆接合面長度為26mm，按照式(6.7)計(jì)算開模斜度引起的開模誤差為
△k 22×26mm×tan0.1。
=2 X26×0.001745mm
=0.091mm
計(jì)算表明，開模誤差(0.091mm)小于在塑料件與金屬件構(gòu)成孔.軸配合的塑料件公稱尺寸上、下極限偏差的分配原則時(shí)設(shè)定的外圓直徑(thl00mm)的下極限偏差的絕對(duì)值(0.106mm)。
2)隔爆間隙值的原始計(jì)算
據(jù)題意，假設(shè)設(shè)計(jì)環(huán)境溫度為25℃。此時(shí)，接線板安裝孔的最大內(nèi)徑為100.054mm，壓板固定接線板的最小外徑為99.894mm，于是隔爆間隙值為
if25=(100.054-99.894)mm
=0.16mm小于0.2mm
顯然，在設(shè)計(jì)環(huán)境溫度條件下，這種軸.孔配合結(jié)構(gòu)間隙滿足隔爆間隙要求。
3)隔爆間隙值的第1次換算(20'E)
將設(shè)計(jì)環(huán)境溫度條件下(25℃)得到的值換算到標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度(20℃)時(shí)的值。
?、俳泳€板安裝孔的最大內(nèi)徑的第1次換算值：據(jù)題意，接線板安裝孔的最大內(nèi)徑為100.054mm。將其和相關(guān)數(shù)據(jù)代人式(6.5)中便得到
毋(201=100.054mm×[1+12×10-6×(20~25)]
=100.04799676mm
?、趬喊骞潭ń泳€板最小外徑的第1次換算值：據(jù)題意，壓板固定接線板外徑的最小值為99.894mm。將其和相關(guān)數(shù)據(jù)代入式(6.5)中便得到
咖f20)=99.894mmX[1+13×10-4×(20~25)]
=99.894mm×0.9935
=99.244689mm
?、郗h(huán)境溫度為20℃時(shí)隔爆間隙的第1次換算值：
i(20)=(100.04799676-99.244689)mm
=0.80330876mm
≈0.80mm
這一步的計(jì)算表明，隨著溫度的下降(25℃±20℃)，金屬孔的內(nèi)徑和塑料軸的外徑同時(shí)都在減小，由于塑料材料的溫度膨脹系數(shù)大于金屬的，塑料軸外徑的減小量大于金屬孔內(nèi)徑的，所以導(dǎo)致間隙值在增大，并超過題設(shè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定間隙值。
4)隔爆間隙值的第2次換算(-20℃)
將換算到標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度(20℃)的值再換算到預(yù)期使用環(huán)境溫度為-20℃時(shí)的值。
?、俳泳€板安裝孔最大內(nèi)徑的第2次換算值：將接線板安裝孔最大內(nèi)徑的第1次換算值和相關(guān)數(shù)據(jù)代入式(6.5)+中便得到
幣f-20)=100.04799676mm×[1+12X10-6 X(-20~20)]
=100.04799676mm×0.99952
=99.9999737215552mm
?、趬喊骞潭ń泳€板最d,J,b徑的第2次換算值：將壓板固定接線板最/b#l,徑的第1次換算值和相關(guān)數(shù)據(jù)代入式(6.5)中便得到
咖f-20)=99.244689mm X[1+13×10-4X(-20~20)]
=99.244689mm x0.948
=94.083965 172mm
?、郗h(huán)境溫度為-20℃時(shí)隔爆間隙的第2次換算值：
If-20)=(99.9999737215552-94.083965172)mm
=5.9160085495552mm
≈5.92mm
這一步的計(jì)算表明，隨著溫度的繼續(xù)下降(25℃±20℃±~20℃)，間隙值在繼續(xù)增大。
5)隔爆間隙值的第3次換算(40℃)
將換算到標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度(20℃)的值換算到預(yù)期使用環(huán)境溫度為40℃時(shí)的值。
?、俳泳€板安裝孔最大內(nèi)徑的第3次換算值：將接線板安裝孔最大內(nèi)徑的第1次換算值和相關(guān)數(shù)據(jù)代人式(6.5)中便得到
咖f401=100.04799676mm×[1+12×10-4×(40~20)]
=100.04799676mm×1.00024
=100.0720082792224mm
②壓板固定接線板最小外徑的第3次換算值：將壓板固定接線板最小外徑的第1次換算值和相關(guān)數(shù)據(jù)代入式(6.5)中便得到
咖(40)：99.244689mm X[1+13X10-4X(40~20)]
=99.244689mm×1.026
=101.825050914mm
?、郗h(huán)境溫度為40℃時(shí)隔爆間隙的第3次換算值：
if4=(100.0720082792224-101.825050914)mm
=-1.7530426347776mm
≈-1.75mm
這一步的計(jì)算表明，隨著溫度升高(20℃±40℃)，金屬孔的內(nèi)徑和塑料軸的外徑同時(shí)都在增大，由于塑料材料的溫度膨脹系數(shù)大于金屬的，塑料軸外徑的增大量大于金屬孔內(nèi)徑的，所以導(dǎo)致間隙值在減小，以致于出現(xiàn)過盈配合；較大的過盈量使裝配發(fā)生困難。
2.計(jì)算結(jié)果討論
(1)式(6.5)的實(shí)際應(yīng)用分析
上述示例的計(jì)算都是按照式(6.5)進(jìn)行的純理論計(jì)算。但是，在實(shí)際情況下，在溫度由一個(gè)值變化到另一個(gè)值時(shí)材料尺寸是隨時(shí)間逐漸變化的，因而，對(duì)于防爆電氣設(shè)備來說，在溫度變化的起始節(jié)點(diǎn)(溫度變化起點(diǎn)且啟動(dòng)設(shè)備)和一段時(shí)間后材料尺寸會(huì)對(duì)防爆安全性能帶來一定的威脅，而且這種威脅對(duì)于塑料件為孔、金屬件為軸的軸-孔配合結(jié)構(gòu)和金屬件為孔、塑料件為軸的軸.孔配合結(jié)構(gòu)是不同的。這是工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該謹(jǐn)慎考慮的問題。
(2)塑料件與金屬件軸-孔配合結(jié)構(gòu)隔爆間隙計(jì)算的前提條件
對(duì)于防爆電氣設(shè)備，尤其是隔爆型設(shè)備，塑料件的脫模誤差不應(yīng)該大于內(nèi)圓面(孔)直徑的上極限偏差(絕對(duì)值)，開模誤差不應(yīng)該大于外圓面(軸)直徑的下極限偏差(絕對(duì)值)；而且，脫模誤差或開模誤差不應(yīng)該大于公稱尺寸上、下極限偏差的分配值。否則，余下的計(jì)算則毫無意義。
(3)溫度對(duì)塑料件與金屬件軸.孔配合結(jié)構(gòu)間隙的影響規(guī)律
理論分析和大量計(jì)算表明，塑料件與金屬件軸-孔配合結(jié)構(gòu)間隙隨溫度變化有一定的規(guī)律。但是，這種規(guī)律對(duì)于塑料件為孔、金屬件為軸的軸-孑L配合結(jié)構(gòu)和塑料件為軸、金屬件為孔的軸.孔配合結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)是不一樣的。
1)對(duì)于塑料件為孔、金屬件為軸的軸一孔配合結(jié)構(gòu)
在這種情況下，塑料件的孔、金屬件的軸，隨著溫度升高，都在增大，間隙便隨之增大，甚至超過隔爆間隙規(guī)定值；隨著溫度下降，都在減小，間隙便隨之減小，甚至出現(xiàn)過盈配合。
2)對(duì)于金屬件為孔、塑料件為軸的軸-孔配合結(jié)構(gòu)
在這種情況下，金屬件的孔、塑料件的軸，隨著溫度升高，都在增大，而間隙卻隨之減小，甚至出現(xiàn)過盈配合；隨著溫度下降，都在減小，而間隙卻隨之增大，甚至超過隔爆間隙規(guī)定值。
不管軸.孔配合是哪種結(jié)構(gòu)，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，都必須設(shè)定一個(gè)溫度考核點(diǎn)，例如25℃，來確定軸.孔配合結(jié)構(gòu)間隙值，從而確定這種配合是間隙配合還是過盈配合。
(4)實(shí)際應(yīng)用對(duì)策
對(duì)于防爆電氣設(shè)備，塑料件與金屬件的軸.孔配合間隙隨溫度變化而變化是一個(gè)令人討厭的問題，常常難以保證隔爆間隙的要求。但是，這種配合在實(shí)際工程中是必需的。
因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，人們應(yīng)該根據(jù)溫度對(duì)這種結(jié)構(gòu)間隙的影響規(guī)律，按照設(shè)備預(yù)期運(yùn)行環(huán)境來確定軸·孔配合結(jié)構(gòu)間隙的相關(guān)參數(shù)值。就是說所設(shè)計(jì)、制造的防爆電氣設(shè)備是長期運(yùn)行在環(huán)境溫度較高還是較低的那種環(huán)境；環(huán)境溫度較高的環(huán)境和環(huán)境溫度較低的環(huán)境，對(duì)軸一孔配合間隙的影響和選擇是不一樣的。
?、佼?dāng)設(shè)備是運(yùn)行在環(huán)境溫度較高的環(huán)境時(shí)，對(duì)于塑料件為孔、金屬件為軸的孔.軸配合，塑料孔的內(nèi)徑易選得小一些；對(duì)于金屬件為孔、塑料件為軸的孔.軸配合配合，塑料軸的外徑易選得小一些。
?、诋?dāng)設(shè)備是運(yùn)行在環(huán)境溫度較低的環(huán)境時(shí)，對(duì)于塑料件為孔、金屬件為軸的孔.軸配合，塑料孔的內(nèi)徑易選得大一些；對(duì)于金屬件為孔、塑料件為軸的孔.軸配合，塑料軸的外徑易選得大一些。
不管哪種情況，有時(shí)可能還需要使用“過盈配合”手段來控制溫度變化對(duì)這種軸、孔配合間隙的影響。
除此之外，在考慮塑料件與金屬件的軸一孔配合間隙時(shí)，人們還應(yīng)該考慮設(shè)備的工作制的影響，例如在連續(xù)長期運(yùn)行和斷續(xù)運(yùn)行時(shí)，起動(dòng)時(shí)刻和運(yùn)行一段時(shí)間后軸.孔配合間隙的變化是不同的。在連續(xù)長期運(yùn)行情況下，設(shè)備內(nèi)部的溫度基本上是穩(wěn)定的，只是在起動(dòng)時(shí)刻，軸-孔配合間隙值不合理時(shí)發(fā)生危險(xiǎn)的概率較大。
這里需要指出的是，由于塑料材料與金屬材料構(gòu)成的軸.孔配合結(jié)構(gòu)對(duì)溫度變化比較敏感，所以，對(duì)于
防爆電氣設(shè)備來說，無論是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員還是工藝設(shè)計(jì)人員，抑或是安裝、運(yùn)行、維修人員，都必須予以足夠的關(guān)注，確保防爆電氣設(shè)備在工業(yè)現(xiàn)場運(yùn)行的安全性。
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