在
防爆电气设备制作中，塑料件与金属件的轴-孔配合间隙是十分重要的。由于塑料材料的温度膨胀系数大于金属材料的，当使用环境温度发生变化时，塑料件与金属件轴.孔配合间隙就会跟着发生变化。有时这个变化可能达到不能容忍的程度，例如，对于隔爆型电气设备，常常会超过防爆标准规定的轴.孔配合隔爆间隙值。
因此，人们在设计隔爆型电气设备塑料件与金属件轴.孔配合结构时应该根据塑料件尺寸公差分配原则来计算这种隔爆结构在使用环境温度范围内的隔爆间隙。这里以图6.9为例来讨论这种塑料件与金属件的轴-孔配合间隙随温度变化的规律和相应的设计方法建议。
1.计算示例
(1)示例(一)：塑料件为孔、金属件为轴的孔-轴配合结构计算
下面以塑料件为孔、金属件为轴的孔.轴配合结构为例来说明温度变化对塑料件与金属件孔一轴配合间隙的影响。
【例2】 在图6.9中，接线板4与导电螺栓3构成一种塑料件为孔、金属件为轴的轴-孔配合结构。
这是一种塑料件(ABS)上的通孔与黄铜(H62)制成的导电螺栓构成的圆筒式隔爆结构。预期使用环境温度为-20～40％0试计算在这种情况下的隔爆间隙值。
由例6.1可知，接线板上导电螺栓用通孔的标称直径为tk8mm，上极限偏差为0.10mm，下极限偏差为-0.04mm；配用的导电螺栓的公称尺寸为qb8mm，上极限偏差为0，下极限偏差为-0.015mm；隔爆接合面设计宽度为26mm；隔爆间隙标准规定值为0.2mm。
从表6.7查到温度膨胀系数：黄铜为21×10-6K，塑料为13×10-4K～。
温度变化对隔爆间隙影响的计算步骤如下。
1)接线板脱模误差的计算
由例6.1可知，脱模斜度为0.1度，隔爆接合面宽度为26mm，按照式(6.6)计算脱模斜度引起的脱模误差
△t=2×(6mm+20mm)tan0.1度-0.091mm
计算表明，脱模误差(0.091mm)小于在塑料件与金属件构成孔.轴配合的塑料件公称尺寸上、下极限偏差的分配原则时设定的孔(qb8mm)的上极限偏差(0.1mm)。
2)隔爆间隙值的原始计算
这里所说的隔爆间隙原始计算，是指计算在设计环境温度条件下(假设温度为25℃)的隔爆间隙值。
据题意，在设计环境温度为25℃时，绝缘接线板通孔的最大内径为8.10mm，导电螺栓的最小外径为7.985mm。于是，此时的隔爆间隙值为
i(25=(8.10-7.985)mm
=0.115mm小于0.2mm
3)隔爆间隙值的第1次换算(20℃)
将在设计环境温度条件下(25℃)得到的值换算到标准环境温度(20℃)时的值。
①绝缘接线板通孔最大内径的第1次换算值：据题意，通孔内径的最大值为8.1mm。将其和相关数据代入式(6.5)中便得到
毋(20)=8.1mm×[1+13×10-4×(20~25)]
=8.1mm×0.9935
=8.04735mm
②导电螺栓最小外径的第1次换算值：据题意，导电螺栓外径的最小值为7.985mm。将其和相关数据代入式(6.5)中便得到
咖f20)=7.985mm×[1+21×10-6×(20~25)]
=7.985mm×0.999895
=7.984161575mm
③标准环境温度(20℃)时的隔爆间隙换算值：
这一步的计算表明，随着温度的下降(25℃~20℃)，塑料孔的内径和金属轴的外径同时都在减小，由于塑料材料的温度膨胀系数大于金属材料的，所以导致间隙值在减小。
4)隔爆间隙值的第2次换算(-20℃)
将换算到标准环境温度(20％)时的值再换算到预期使用环境温度为-20℃时的值。
①绝缘接线板通孔最大内径的第2次换算值：将第1次换算值代入式(6.5)中便得到
痧r-20)=8.04735mm×[1+13X10-4×(-20~20)]
=8.04735mmx0.948
=7.6288878mm
②导电螺栓最小外径的第2次换算值：将第1次换算值代入式(6.5)中便得到：
咖r-20)=7.984161575mmX[1+21X10-6X(-20~20)]
=7.984161575mmx0.99916
=7.977454879277mm
③预期环境温度为-20℃时的隔爆间隙换算值：
if-20)=(7.6288878-7.977454879277)mm
=-0.348567079277 mm
≈-0.35mm
这一步的计算进一步表明，随着温度的继续下降(25℃±20℃±-20℃)，间隙值在继续减小，此时出现过盈配合。
5)隔爆间隙值的第3次换算(40℃)
将换算到标准环境温度(20℃)时的值再换算到预期使用环境温度为40℃时的值。
①绝缘接线板通孔最大内径的第3次换算值：将第1次换算值代入式(6.5)中便得到
咖f401=8.04735mm X[1+13×10—4×(40~20)]
=8.04735mmx1.026
=8.256581lmm
②导电螺栓最小外径的第3次换算值：将第1次换算值代人式(6.5)中便得到
咖f40=7.984161575mm X[1+21X10-6×(40~20)]
=7.984161575mmx1.00042
=7.9875149228615mm
③预期使用环境温度为40"C时的隔爆间隙换算值：
i(40)=(8.2565811-7.9875149228615)mm
=0.2690661771385mill
≈0.27mm
这一步的计算表明，随着温度的升高(20℃~40℃)，塑料孔的内径和金属轴的外径同时都在增大，由于塑料材料的温度膨胀系数大于金属的，所以导致间隙值在增大，以致于超过题设标准间隙值(0.27mm大于0.20mm)。
(2)示例(二)：金属件为孔、塑料件为轴的孔.轴配合结构计算
下面以金属件为孔、塑料件为轴的孔一轴配合结构为例来说明温度变化对塑料件与金属件孔.轴配合间隙的影响。
【例3】 在图6.9中，接线盒体1与接线板4构成一种金属件为孔、塑料件为轴的轴.孔配合结构。
这是一种铸铁(HT250)制成的孔与塑料件(ABS)制成的轴构成的圆筒式隔爆结构。预期使用环境温度为-20~40℃。试计算在这种情况下的隔爆间隙值。
假设：
①隔爆型电气设备的防爆标志为Exd II BT4 Gb；隔爆接合面设计宽度L=26mm(大于25mm)，隔爆间隙标准规定值i：0.2mm。
②接线盒体(设备外壳)由铸铁(HT250)制成，其上接线板安装孔公称直径为qbl00mm，直径公差选取H8：上极限偏差为0.054mm，下极限偏差为0；隔爆接合面宽度设计值L=26mm。
③接线板由塑料材料(ABS)制成，(外圆)公称直径为tM100mm，尺寸公差等级选取 MTla(0.25mm)，公差分配为：上极限偏差为0.144mm，下极限偏差为-0.106mm；开模斜度选取0.10。
从表6.7查到温度膨胀系数：铸铁为12×10“K-。；塑料为13×10。4K～。
温度变化对隔爆间隙影响的计算步骤如下。
1)接线板开模误差的计算
据题设：接线板外圆面开模斜度为0.10，隔爆接合面长度为26mm，按照式(6.7)计算开模斜度引起的开模误差为
△k 22×26mm×tan0.1。
=2 X26×0.001745mm
=0.091mm
计算表明，开模误差(0.091mm)小于在塑料件与金属件构成孔.轴配合的塑料件公称尺寸上、下极限偏差的分配原则时设定的外圆直径(thl00mm)的下极限偏差的绝对值(0.106mm)。
2)隔爆间隙值的原始计算
据题意，假设设计环境温度为25℃。此时，接线板安装孔的最大内径为100.054mm，压板固定接线板的最小外径为99.894mm，于是隔爆间隙值为
if25=(100.054-99.894)mm
=0.16mm小于0.2mm
显然，在设计环境温度条件下，这种轴.孔配合结构间隙满足隔爆间隙要求。
3)隔爆间隙值的第1次换算(20'E)
将设计环境温度条件下(25℃)得到的值换算到标准环境温度(20℃)时的值。
①接线板安装孔的最大内径的第1次换算值：据题意，接线板安装孔的最大内径为100.054mm。将其和相关数据代人式(6.5)中便得到
毋(201=100.054mm×[1+12×10-6×(20~25)]
=100.04799676mm
②压板固定接线板最小外径的第1次换算值：据题意，压板固定接线板外径的最小值为99.894mm。将其和相关数据代入式(6.5)中便得到
咖f20)=99.894mmX[1+13×10-4×(20~25)]
=99.894mm×0.9935
=99.244689mm
③环境温度为20℃时隔爆间隙的第1次换算值：
i(20)=(100.04799676-99.244689)mm
=0.80330876mm
≈0.80mm
这一步的计算表明，随着温度的下降(25℃±20℃)，金属孔的内径和塑料轴的外径同时都在减小，由于塑料材料的温度膨胀系数大于金属的，塑料轴外径的减小量大于金属孔内径的，所以导致间隙值在增大，并超过题设标准规定间隙值。
4)隔爆间隙值的第2次换算(-20℃)
将换算到标准环境温度(20℃)的值再换算到预期使用环境温度为-20℃时的值。
①接线板安装孔最大内径的第2次换算值：将接线板安装孔最大内径的第1次换算值和相关数据代入式(6.5)+中便得到
币f-20)=100.04799676mm×[1+12X10-6 X(-20~20)]
=100.04799676mm×0.99952
=99.9999737215552mm
②压板固定接线板最d,J,b径的第2次换算值：将压板固定接线板最/b#l,径的第1次换算值和相关数据代入式(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
③环境温度为-20℃时隔爆间隙的第2次换算值：
If-20)=(99.9999737215552-94.083965172)mm
=5.9160085495552mm
≈5.92mm
这一步的计算表明，随着温度的继续下降(25℃±20℃±~20℃)，间隙值在继续增大。
5)隔爆间隙值的第3次换算(40℃)
将换算到标准环境温度(20℃)的值换算到预期使用环境温度为40℃时的值。
①接线板安装孔最大内径的第3次换算值：将接线板安装孔最大内径的第1次换算值和相关数据代人式(6.5)中便得到
咖f401=100.04799676mm×[1+12×10-4×(40~20)]
=100.04799676mm×1.00024
=100.0720082792224mm
②压板固定接线板最小外径的第3次换算值：将压板固定接线板最小外径的第1次换算值和相关数据代入式(6.5)中便得到
咖(40)：99.244689mm X[1+13X10-4X(40~20)]
=99.244689mm×1.026
=101.825050914mm
③环境温度为40℃时隔爆间隙的第3次换算值：
if4=(100.0720082792224-101.825050914)mm
=-1.7530426347776mm
≈-1.75mm
这一步的计算表明，随着温度升高(20℃±40℃)，金属孔的内径和塑料轴的外径同时都在增大，由于塑料材料的温度膨胀系数大于金属的，塑料轴外径的增大量大于金属孔内径的，所以导致间隙值在减小，以致于出现过盈配合；较大的过盈量使装配发生困难。
2.计算结果讨论
(1)式(6.5)的实际应用分析
上述示例的计算都是按照式(6.5)进行的纯理论计算。但是，在实际情况下，在温度由一个值变化到另一个值时材料尺寸是随时间逐渐变化的，因而，对于防爆电气设备来说，在温度变化的起始节点(温度变化起点且启动设备)和一段时间后材料尺寸会对防爆安全性能带来一定的威胁，而且这种威胁对于塑料件为孔、金属件为轴的轴-孔配合结构和金属件为孔、塑料件为轴的轴.孔配合结构是不同的。这是工程设计时应该谨慎考虑的问题。
(2)塑料件与金属件轴-孔配合结构隔爆间隙计算的前提条件
对于防爆电气设备，尤其是隔爆型设备，塑料件的脱模误差不应该大于内圆面(孔)直径的上极限偏差(绝对值)，开模误差不应该大于外圆面(轴)直径的下极限偏差(绝对值)；而且，脱模误差或开模误差不应该大于公称尺寸上、下极限偏差的分配值。否则，余下的计算则毫无意义。
(3)温度对塑料件与金属件轴.孔配合结构间隙的影响规律
理论分析和大量计算表明，塑料件与金属件轴-孔配合结构间隙随温度变化有一定的规律。但是，这种规律对于塑料件为孔、金属件为轴的轴-孑L配合结构和塑料件为轴、金属件为孔的轴.孔配合结构的表现是不一样的。
1)对于塑料件为孔、金属件为轴的轴一孔配合结构
在这种情况下，塑料件的孔、金属件的轴，随着温度升高，都在增大，间隙便随之增大，甚至超过隔爆间隙规定值；随着温度下降，都在减小，间隙便随之减小，甚至出现过盈配合。
2)对于金属件为孔、塑料件为轴的轴-孔配合结构
在这种情况下，金属件的孔、塑料件的轴，随着温度升高，都在增大，而间隙却随之减小，甚至出现过盈配合；随着温度下降，都在减小，而间隙却随之增大，甚至超过隔爆间隙规定值。
不管轴.孔配合是哪种结构，在实际应用时，都必须设定一个温度考核点，例如25℃，来确定轴.孔配合结构间隙值，从而确定这种配合是间隙配合还是过盈配合。
(4)实际应用对策
对于防爆电气设备，塑料件与金属件的轴.孔配合间隙随温度变化而变化是一个令人讨厌的问题，常常难以保证隔爆间隙的要求。但是，这种配合在实际工程中是必需的。
因此，在结构设计时，人们应该根据温度对这种结构间隙的影响规律，按照设备预期运行环境来确定轴·孔配合结构间隙的相关参数值。就是说所设计、制造的防爆电气设备是长期运行在环境温度较高还是较低的那种环境；环境温度较高的环境和环境温度较低的环境，对轴一孔配合间隙的影响和选择是不一样的。
①当设备是运行在环境温度较高的环境时，对于塑料件为孔、金属件为轴的孔.轴配合，塑料孔的内径易选得小一些；对于金属件为孔、塑料件为轴的孔.轴配合配合，塑料轴的外径易选得小一些。
②当设备是运行在环境温度较低的环境时，对于塑料件为孔、金属件为轴的孔.轴配合，塑料孔的内径易选得大一些；对于金属件为孔、塑料件为轴的孔.轴配合，塑料轴的外径易选得大一些。
不管哪种情况，有时可能还需要使用“过盈配合”手段来控制温度变化对这种轴、孔配合间隙的影响。
除此之外，在考虑塑料件与金属件的轴一孔配合间隙时，人们还应该考虑设备的工作制的影响，例如在连续长期运行和断续运行时，起动时刻和运行一段时间后轴.孔配合间隙的变化是不同的。在连续长期运行情况下，设备内部的温度基本上是稳定的，只是在起动时刻，轴-孔配合间隙值不合理时发生危险的概率较大。
这里需要指出的是，由于塑料材料与金属材料构成的轴.孔配合结构对温度变化比较敏感，所以，对于
防爆电气设备来说，无论是结构设计人员还是工艺设计人员，抑或是安装、运行、维修人员，都必须予以足够的关注，确保防爆电气设备在工业现场运行的安全性。
