열팽창(선팽창) 계산기
재질, 길이, 처음·나중 온도를 넣으면 선팽창 길이 ΔL = α·L·ΔT 와 양 끝 구속 시 열응력을 계산하고, 다른 재질과의 길이 차, 구멍·축 재질이 다를 때 끼워맞춤 틈새 변화를 그래프로 보여 줍니다. 열팽창 계수는 MISUMI 기술자료의 금속재료 17종 값을 씁니다. 공차역은 끼워맞춤 공차 계산기, 측정값 보정은 20℃ 길이 온도보정 계산기로 이어집니다.
계산 근거
선팽창 ΔL = α × L × ΔT, 양 끝 완전 구속 열응력 σ = E × α × ΔT, 두 재질 길이 차 = (αB − αA) × L × ΔT, 끼워맞춤 틈새 변화 = D × (α구멍 − α축) × ΔT. 금속재료 17종의 열팽창 계수 α 와 종탄성 계수 E 는 MISUMI 기술자료 a0002(금속재료의 물리적 성질), 길이 측정 기준 온도 20 ℃ 는 NIST J. Res. 112(1)(2007) 해설로 확인했습니다. α 는 상수로 보고 부품 전체가 같은 온도로 변한다고 가정합니다. 허용 길이 차와 기준 응력은 사용자가 넣습니다. 설계 참고용 계산입니다. 최종 선정은 제조사 카탈로그와 담당 기술자 검토를 거치세요. 규격 원문이 아닌 실무 참고용 도구입니다. 인증·심사 판단은 인증기관과 규격 원문을 확인하세요.
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자주 묻는 질문 (FAQ)
열팽창(선팽창) 길이는 어떻게 계산하나요?
늘어난 길이
ΔL = α × L × ΔT입니다. α 는 선팽창 계수(×10⁻⁶/℃), L 은 처음 길이(mm), ΔT 는 온도 변화(℃)입니다. 연강(α 11.7) 1000 mm 가 20 ℃ 에서 50 ℃ 로 올라가면 11.7 × 10⁻⁶ × 1000 × 30 = 0.351 mm 늘어납니다.재질별 열팽창 계수는 얼마인가요?
MISUMI 기술자료(금속재료의 물리적 성질)에 따르면 연강·SKD11 11.7, SUS304 17.3, 알루미늄 A1100·두랄루민 A7075 23.6, 6/4 황동 20.8, 티탄 8.4, 초경 6.0(×10⁻⁶/℃)입니다. 주철은 9.2~11.8 의 범위로 나와 하한·상한을 따로 고를 수 있습니다. 표에 없는 재질은 소재 제조사 값을 직접 넣으세요.
양 끝이 고정되어 있으면 어떻게 되나요?
늘어나지 못하는 만큼 응력이 생기며 크기는
σ = E × α × ΔT입니다. 연강(E 205,800 N/mm²)이 30 ℃ 오르면 약 72.2 N/mm² 의 압축 응력입니다. 실제 구조는 완전 구속이 아니어서 이 값보다 작게 나오는 경우가 많고, 비교할 기준 응력은 재질 규격 값을 사용자가 넣습니다.알루미늄과 강을 함께 쓰면 무엇이 문제인가요?
두 재질의 α 차이만큼 길이 차가 생깁니다. 재질 B 를 고르면 같은 길이·온도에서 두 재질의 신장량과 길이 차를 함께 보여 주고, 허용값을 넣으면 그보다 큰지 표시합니다. 알루미늄 프레임에 강 리니어 가이드를 붙이는 경우처럼 길이가 긴 부품에서 차이가 커집니다.
온도가 바뀌면 끼워맞춤 틈새는 얼마나 변하나요?
구멍과 축이 같은 온도로 변하면 틈새 변화는
D × (α구멍 − α축) × ΔT입니다. 알루미늄 하우징에 강 축을 Ø25 로 끼우고 30 ℃ 내려가면 25 × (23.6 − 11.7) × 10⁻⁶ × 30 ≈ 8.9 µm 줄어듭니다. 20 ℃ 에서 틈새가 7~41 µm(H7/g6)였다면 최소 틈새 쪽이 죔새로 바뀔 수 있습니다. 공차역은 끼워맞춤 공차 계산기에서 구하세요.왜 20 ℃ 가 기준인가요?
길이 측정의 기준 온도는 국제 규격(ISO 1)에서 20 ℃ 로 정해져 있습니다(NIST 연구지 2007 해설). 도면 치수와 공차는 20 ℃ 에서의 값이라 다른 온도에서 잰 값은 보정해야 합니다. 측정값을 20 ℃ 길이로 바꾸는 계산은 20℃ 길이 온도보정 계산기에서 하세요.
사출 수축이나 여러 부품의 누적도 계산하나요?
이 도구는 금속 부품 하나(또는 둘)의 선팽창만 다룹니다. 수지 성형품 수축은 수축률 반영 금형 치수 계산기, 여러 치수가 쌓이는 경우는 공차 누적 분석 계산기에서 보세요.
이 계산의 범위와 한계는요?
α 를 온도에 관계없는 상수로 보고, 부품 전체가 같은 온도로 변한다고 가정합니다. 실제 α 는 온도 구간과 열처리 상태에 따라 달라지고, 부분 가열·온도 기울기·휨은 넣지 않습니다. 넓은 온도 범위나 정밀 부품은 소재 제조사 자료를 확인하세요. 설계 참고용 계산입니다. 최종 선정은 제조사 카탈로그와 담당 기술자 검토를 거치세요.
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