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            1. 分類導航
              金湖多特自動化儀表有限公司
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              電磁流量計如何在異徑管道磁場感應動力學的解
              發布日期:2017-5-15 14:32:52
              電磁流量計如何在異徑管道磁場感應動力學的解析
                針對常用機械零件的特點全面分析了影響機械零件熱變形的因素,指出機械零件的熱變形除受材料熱膨脹的影響之外還受到其它5種因素的影響;文章還選取了以兩種材料加工的圓筒為實驗對象,通過實驗證明了機械零件的受熱變形與材料的熱膨脹有顯著的不同。
               電磁流量計磁場感應        
              在現代精密測試與精密加工中,加工、測試技術不斷提高與完善,一些常見的影響機械加工精度與測量精度的因素已處于良好的控制之下,而熱變形引起 的測量誤差和加工誤差,由于溫度影響的廣泛性和對機械零件受熱變形了解的不全面、不徹底,已成為影響提高測量精度和加工精度的主要因素,對于高精度的加工 和測量,溫度變化引起的誤差占總誤差的50%以上。因此,準確確定機械零件的熱變形對提高測量精度和加工精度非常重要。
              對于機械零件受熱變形,其傳統的計算方法完全基于下述的熱膨脹計算公式
              式中 δl——被測長度的熱變形量
              α、δt、l——分別為構成被測對象的材料線膨脹系數、被測對象溫度變化量、被測長度
              事實上,公式(1)只是近似的熱膨脹計算公式,在計算零件受熱變形時有許多不足。按照公式(1)進行零件熱變形計算,當精度要求不高時,基本能 夠滿足要求,但對于高精度的測試技術,由于公式自身的近似性及被研究對象的復雜性,其計算精度成為影響溫度誤差修正的重要因素。對于實際的機械零件,由于 其構成材料不是理想的,因此它的熱變形與材料的熱膨脹并不完全一致。在得到多項國家自然科學基金的資助下,筆者系統和全面地研究了溫度對機械零件受熱變形 的影響。通過研究發現,對于機械零件的熱變形,除了受材料熱膨脹影響之外,還受到其它多種因素的影響。
              1 影響線膨脹系數的因素分析
              1.1 溫度的影響
              溫度對機械零件熱變形的影響表現在溫度對線膨脹系數的影響上。傳統上在計算零件的熱變形時材料的線膨脹系數被認為是固定不變的,但事實上它是隨 溫度的變化而變化的。例如,純鋁在-100℃左右時線脹系數為20×10-6/℃,在室溫下約為24×10-6/℃,而在+100℃時約為27×10-6 /℃。因此在高精度的誤差修正技術中對熱變形的誤差修正必須考慮溫度引起線膨脹系數變化的影響。
              1.2 合金元素的影響
              在工業生產中使用的金屬材料大多數屬于合金材料,合金中合金元素的種類和合金元素的數量大大地影響合金材料的膨脹系數。表l給出了幾種鑄鋁合金的線膨脹系數與合金成分及數量的關系。
              從表1中可以看出,材料的合金成分和數量對膨脹系數的影響是非常顯著的,因此在準確計算零件的熱變形時必須準確掌握零件材料的線膨脹系數。
              另外,合金元素對熱膨脹系數的影響還與合金元素的結合方式有關。以兩種元素形成的二元合金為例,若兩元素固態下不互溶,又不形成化合物,則合金 的膨脹系數隨組元濃度呈線性變化;當兩元素能夠形成固溶體,則合金的膨脹系數比兩元素的膨脹系數按算術規律計算的數值要低一些;若形成有序固溶體,隨著合 金有序化程度的增加,合金線膨脹系數比固溶體線膨脹系數要下降一些;若兩元素形成化合物,則因元素呈嚴格的規律排列,其原子間相互作用比固溶體原子間的作 用要大得多,因此,化合物的膨脹系數比固溶體的膨脹系數有較大的下降。
              1.3 晶相的影響
              機械零件的金屬材料是以微小的晶粒形式存在的,由于組成元素的不同或組成元素數量的不同以及金相組織的不同,金屬材料會形成不同金相的晶粒。非 純金屬材料可能由多種晶相組成,不同的晶相有不同的膨脹系數。如鐵素體的膨脹系數為14.5×10-6/℃,碳素體的膨脹系數為12.5×10-6/℃, 珠光體的膨脹系數為12×10-6/℃。
              機械零件一般經過多種工藝加工而成,有的加工工藝將引起晶相組織的改變,因此,由相同金屬材料組成的機械零件經不同的加工工藝會生成不同的晶相組織。因為不同的晶相組織有不同的膨脹系數,故機械零件的加工工藝可能影響機械零件的熱變形。
              1.4 晶體各向異性的影響
              立方系金屬由于是各向同性的,所以熱膨脹系數也是各向同性的。但有些晶體材料在各個方向的膨脹系數不一致,其大小與晶體的晶向有關。一般說來, 彈性模量較大的方向將有較小的線膨脹系數,彈性模量較小的方向將有較高的膨脹系數。如果金屬材料有各向異性傾向,則這一因素必須考慮。
              2 加工應力對熱變形的影響
              機械零件在加工過程中會產生應力,成型后,零件內部存在沒有消除的應力,稱為殘余應力。根據研究結果,殘余應力將影響機械零件的熱變形,影響的 大小取決于應力的大小、方向及材料彈性模量的溫度系數。下面以簡單邊界條件的圓筒為例來計算應力對圓筒徑向熱變形的影響。如圖1所示,圓筒兩端是自由的, 溫度分布對稱于軸線z且于z軸無關,而只與徑向尺寸r有關。當采用圓柱坐標時,則溫度分布可表達為t=t(r)。
              考慮到圓筒是軸向對稱的,圓筒在加工時所產生的殘余應力也可近似認為軸向對稱,同時圓筒溫度也假定軸向對稱,因此在進行計算圓筒的熱變形時,可認為圓筒軸截面內的剪應變與剪應力為零。在此條件下,根據熱彈性力學原理建立如下的圓柱坐標物理方程、平衡微分方程及幾何方程
              式中 e、α、μ——分別為圓筒材料的彈性模量、線膨脹系數、泊松比
              t(r)——圓筒內的徑向溫度分布
              σr、σθ、σz——分別為圓筒體內任一點的徑向應力、切向應力和軸向應力
              εr、εθ、εz——分別為圓筒體內任一點的徑向應變、切向應變和軸向應變
              u——圓筒內任一點的徑向位移


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