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Oリング圧縮時の反発力計算方法とは？
- Oリング圧縮時の反発力を計算する方法についてまとめました。Oリングの内径や硬度、押しつぶし率などが与えられた場合にどの程度の反力がかかるかを求める方法を解説します。
- Oリング圧縮時の反発力の計算方法について疑問を抱えている方へ。Oリングの内径や硬度、押しつぶし率などに基づいて、ケースの蓋側にかかる反力を求める方法を解説します。爪の破損の可能性なども考慮して、安全な設計を行いましょう。
- Oリング圧縮時にケースの蓋側にかかる反発力を計算する方法をご紹介します。内径や硬度、押しつぶし率などの要素を考慮して、圧縮時の反力を求めることができます。爪の破損の懸念がある場合には、設計や材料の見直しが必要かもしれません。
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何かやばそうです。 反力の計算は、製造メーカー等に解析してもらった方がベターでしょう。 理由は、 ◆ Ｏリング取付溝加工には公差があり、Ｏリング自体にも公差があります。 Ｏリングの弾性力のバラツキと共に、考慮が必要です。 ◆ 必要面圧は0.3MPaとそんなに高くないのですが、……の記述ですが、Ｏリングが受ける 圧力でＯリングの反力が上昇します。 この内容も考慮が必要です。 等々です。 Ｏリングの必要面圧0.3MPaで、とそんなに高くないが、30％圧縮時の**力（Ｎ）で爪が 破損する安定した領域が確保できるかが心配です。 以上のことを、配慮ください。 爪にかかる応力が材料強度を超えない値としてのクリープ破壊もありますが、 樹脂やゴムでのクリープ現象やある程度の劣化（寿命）を考慮した“必要面圧0.3MPaより 高目の反力設定”必要と考えます。<爪への負担が増える内容ですが…> それと、 > 上記で新たに懸念されるのは、Oリングが受ける圧力でOリングの反力も上昇するという > 内容です。具体的にどの程度上昇するものなのでしょうか？ 記述が“防滴”ではなく“防水”であったので、防水耐圧設定があり、それを考慮しなくては とのアドバイスです。 Ｏリング溝の加工公差での最大値と最小値と、Ｏリングの径（φ3mm）の公差での 最大値と最小値を考慮しての必要面圧0.3MPaの確保と、爪への負担軽減の反力低減 も難しいですが、樹脂やゴムのクリープ現象やある程度の劣化（寿命）を考慮した 必要面圧0.3MPaの確保と、防水耐圧による反力上昇の考慮に関しては、貴殿がＯリング 製造メーカーに条件提示をして、計算資料等の資料提供を依頼下さい。 <条件提示の項目ピックアップだけしかアドバイスできません> また、 > 組付け初期は30％圧縮時でも爪にかかる応力が材料強度を超えない値 としていますが、 > クリープ破壊を考えると、…… は、貴殿の設計内容（仕様）範疇です。工夫下さい。 でも、必要面圧0.3MPa確保が防水のスペックとなっておりますが、 必要面圧0.3MPa×接触面積 にて反力が計算できます。 必要面圧0.3MPa確保のみが防水スペックで、漏れ方向の長さ又は接触面積があまり関係 ないなら、 ★ Ｏリングのタイプを変えてみる（同じような内径で、φ3mmより小さい物） ★ 特殊なＯリングに変えてみる（カタログに載っていない、**社の量産品） ★ Ｏリングでない、特殊形状パッキン 等々も検討し、 必要面圧0.3MPa確保し、接触面積を減少させ反力も減少（防水スペックは維持） も計画に加えて方がよいかもね。 ★印内容は、Ｏリングメーカーやシールメーカーに確認下さい。
下記にOリングの圧縮荷重についてのデータがあります。圧縮弾性率を想定し て計算で求められますが、硬度や材料によって異なるので、実測されることを おすすめします。
お礼
ご回答ありがとうございます。 参考のOリング資料は設計する上で確認済みの物です。 実際資料のメーカともやりとりは行っています。 但し、なかなかサンプルを出してもらえないのが現状です。 とは言いつつも、なんとか同じ物性の近い形状のサンプルを メーカには依頼しています。
恐らく，反力を計算するということになると，Oリング自身のバネ定数が必要になって来ると思うのですが，ゴムの場合，物自体の形状でバネ定数が決まってしまいます。なので，Oリング単体であれば，まだ専門書を漁れば何とか計算できると思いますし，メーカーに聞けば教えてくれるかも知れません。しかし，Oリングを樹脂ケース内に組み付けるということですから，また話しはややこしくなります。 この場合，Oリングが潰れた時に，ケースがOリングの変形を拘束してしまうので，単体での計算結果とは異なって来ることが容易に想像できます。ただでさえ非線形性があるのに，ますます非線形性が強くなるわけです。 したがって，計算するのは非常に困難であると考えられますので，もしOリングが入手できているのであれば，実際のケースを試作して組み込み，荷重と変位の関係を試験で求める方が，よっぽど正確だと思います。 もちろんFEM解析であれば計算は可能ですが，その精度は，モデル如何で決まってしまうため，保障できないのが現実でしょう。手計算も然りです。
お礼
回答ありがとうございます。 サンプルはメーカに頼んでいます。 但し、中々同じ材質の同じ径の物は出来来なさそうです。 解析についてもメーカで10％～30％まで実施してもらいました。 但し、反力は出してもらっていないため、反力を追加で お願いしています。 中々回答が出てこない中、こちらで目安程度にでも 反力が分かればというところです。
お礼
ご回答ありがとうございます。 仰られるとおり、製造メーカで現在対応してもらっています。 圧縮率は公差を加味し10％～30％圧縮を考えていますが、メーカ回答では 防水性を確保する面圧より反力による爪の破損が懸念です。 組付け初期は30％圧縮時でも爪にかかる応力が材料強度を超えない値 としていますが、クリープ破壊を考えると、それでは持たないため 反力を抑えるために、Oリング圧縮面の形状を局所的に面圧がかかる 形状へと変更する検討を行っています。 上記で新たに懸念されるのは、Oリングが受ける圧力でOリングの反力も上昇するという内容です。 具体的にどの程度上昇するものなのでしょうか？ 何か計算できること、目安になる指標などあったら教えて頂けないでしょうか？