軸襯熱脹冷縮

基礎介紹

當材料受熱時，其分子運動加劇，導致材料膨脹；當材料冷卻時，分子運動減弱，材料收縮。這種尺寸變化可能影響產品的精度和功能。

塑膠之熱脹冷縮是明顯地，與金屬相比大約相差4~10倍，尺寸變化與溫度變化成正比，變化多寡因材料而不同，取決於膨脹係數，溫度上升，尺寸變大；溫度下降，尺寸變小，所以在應用上需要特別留意。

配合、組配問題

在機械裝配中，不同材料之膨脹係數不同，會導致配合不良。例如，若金屬軸和塑料軸襯在溫度變化下膨脹或收縮程度不同，可能導致軸襯過緊或過鬆，影響機械運行。

• 軸襯過鬆：如果軸襯和軸由於溫度升高而膨脹，可能會變得過鬆，這會增加摩擦力，導致運行不順暢甚至損壞。
• 軸襯過緊：相反，當溫度下降，材料收縮，軸襯和軸可能會變得過緊，導致振動加劇和定位不準確。

解決方案

• 選用適當材料：選擇熱膨脹係數相近之材料，以確保它們在溫度變化時膨脹和收縮的程度相似，減少配合問題。
• 設計預留空間：在設計配合時考慮到溫度變化，給予適當之裕量，以便在熱膨脹或收縮時仍能保持良好之配合。
• 使用潤滑油：適當之潤滑可以減少摩擦和磨損，特別是在高溫環境中使用高溫潤滑劑。
• 合理地提高干涉量：干涉量可讓軸襯在面對環境與操作溫度之上升與下降時，尺寸變得更加穩定。
• 溫控措施：在運行環境中保持穩定之溫度，避免過大之溫度波動，可以減少熱膨脹對配合之影響。
• 保持冷卻：持續地冷卻能夠讓軸襯之運行溫度控制在某個範圍，抑制溫度過高，而避免影響材質強度、摩擦係數及尺寸之變化。

軸襯安裝於孔或軸之圖解案例，底下有各種軸襯之情境說明，有助於對軸襯在熱漲冷縮之下該怎麼去設計與改善。

由於為了方便讀者理解，採用誇大地方式呈現，實際上僅憑肉眼直視是看不出來的，需要量測、觀察數據與實際安裝等才能看出問題，故僅供參考。

實際應用範例，當熱膨脹時

軸襯已安裝於軸上時

軸襯已安裝於軸上時，熱膨脹之軸襯會與軸心產生間隙，它們影響拔脫力下降，甚至脫落、尺寸變大。脫落會有異常震動、損耗、作動不順暢。

• 改善1 : 軸襯安裝方式變更為安裝於孔內，軸襯膨脹方向變成圍繞著孔四周，具有更強之力量，使其更不易脫落。
• 改善2 : 軸襯內徑與外徑縮小，使干涉量加大，雖然安裝之力氣要加大，但可避免與軸心產生間隙。
• 改善3 : 變更材質，選擇受環境溫度影響小之材料，即較小之膨脹係數，換句話說，溫度上升，尺寸變化較少之材質，亦可稱尺寸安定性-溫度。

軸襯應用於孔內，且單向抑制

軸襯應用於孔內，且單向抑制，當熱膨脹之軸襯，高度產生變化，其變得比原先更高，如果孔內深度正好等於軸襯之高度，將會讓軸襯裸露突出。

• 改善1 : 預留膨脹之空間，加大孔內深度(加長孔之高度)。
• 改善2 : 變更設計。

軸襯應用於孔內，且雙向抑制

軸襯應用於孔內，且雙向抑制，本因熱膨脹之軸襯高度應該要變高，卻被限制住，以扭曲變形之方式呈現，導致內徑尺寸變小；反之，如果軸襯安裝於軸心上，處於雙向抑制時，熱膨脹會讓軸襯扭曲變形，導致外徑尺寸變大。

• 改善1 : 預留膨脹之空間。
• 改善2 : 變更設計。

將軸襯組裝於孔內時

熱膨脹會尺寸變大，使其不好安裝或壓配力變高。

• 改善 1 : 如何降低壓配力?[連結]

實際應用範例，當冷收縮時

軸襯應用於孔內

冷收縮會影響拔脫力下降，甚至脫落，外徑尺寸變小。脫落會有異常震動、損耗、作動不順暢。

• 改善1 : 軸襯安裝方式變更為安裝於軸心上
• 改善2 : 軸襯內徑與外徑加大，干涉量加大。
• 改善3 : 變更材質，受環境溫度影響小的材料。(尺寸安定性-溫度)

軸襯組裝於軸心時

冷收縮會尺寸變小，導致不好安裝或壓配力變高。

• 改善1 : 如何降低壓配力?[連結]

會考慮到熱脹冷縮主要有以下情形:

1. 國外環境為高溫地區。
2. 國外環境為寒冷地區。
3. 長時間連續運轉與操作，溫度上升。
4. 高轉速、高負載的使用設計。
5. 要求精密之尺寸。

塑膠膨脹係數

這些膨脹係數之數值會隨著材料之具體配方和使用條件有所變化。如果你有特定用途之塑膠材料或更詳細之需求，需要查閱該材料之技術數據或相關文獻資料。

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