고무 씰 압축력 및 접촉 압력을 계산하는 방법

기계 및 유체 시스템 설계에서 안정적인 조인트 누출 방지 밀봉을 보장하려면 신중한 수학적 평가가 필요합니다. 고무 씰을 압축하는 데 필요한 힘이 너무 낮으면 접촉 압력이 유체 압력을 초과하지 않아 누출이 발생합니다. 반대로 힘이 너무 높으면 결합 플랜지가 변형되거나 플라스틱 하우징이 손상되거나 조립 볼트가 파손될 수 있습니다.

압축력과 접촉 압력을 계산하는 방법을 이해하면 B2B 엔지니어링 팀이 최적화된 홈을 설계하고 올바른 엘라스토머를 선택하며 토크 사양을 결정하는 데 도움이 됩니다. 이 기술 가이드에서는 탄성 밀봉 역학의 수학적 방정식과 물리적 원리를 자세히 설명합니다.

1. 기본 밀봉 조건: 접촉 압력 대 유체 압력

O-링 또는 맞춤형 개스킷과 같은 정적 탄성 중합체 씰이 유체 누출을 성공적으로 차단하려면 다음을 충족해야 합니다.기본 밀봉 상태:

고무 씰이 홈에 설치되고 두 결합 표면 사이에서 압축되면 내부 탄성 회복으로 인해 씰링 공간 전체에 압축 응력 분포가 생성됩니다. 이 응력 분포의 최고점은최대 접촉 압력(P_연락하다). 밀봉된 유체의 압력(P_체액)가 이 접촉 압력을 초과하면 유체가 인터페이스를 통과하여 누출 경로를 생성하게 됩니다.

시스템 압력 하에서 엘라스토머 재료는 (거의 비압축성으로 인해)-점도가 높은 액체처럼 작용하여 유체 압력을 전달하여 초기 접촉 압력을 추가합니다. 이 자체-밀봉 메커니즘은 고압-압력 O-링 설계의 기초입니다.

2. 쇼어 A 경도를 영률(E)로 변환

씰을 쥐는 데 필요한 힘을 계산하려면 재료의 강성을 알아야 합니다. 엔지니어링 계산에는 다음이 필요하지만영률(E)메가파스칼(MPa) 단위로 고무 데이터시트는 다음을 사용하여 재료 강성을 지정합니다.쇼어 A 경도(H).

Gent의 경험식을 사용하여 Shore A 경도에서 영률을 추정할 수 있습니다.

또는 표준 엔지니어링 참조 테이블은 일반적인 B2B 엘라스토머 경도 수준에 대한 추정 영률 범위를 제공합니다.

3. O-링 압축력 계산(린들리 방정식)

원형 단면의 O-링-을 압축하는 데 필요한 하중은 기하학적 변화와 엘라스토머 동작으로 인해 매우 비선형적입니다.- 씰링 엔지니어링에 사용되는 표준 경험식은 다음과 같습니다.린들리 방정식:

어디:

• F:뉴턴(N) 단위의 압축력입니다.
• D:평균 O-링 직경(밀리미터(mm))은 다음과 같이 계산됩니다.D=내경(ID) + d.
• d:O-링 단면-단면 직경/코드 직경(밀리미터(mm)).
• E:쇼어 A에서 변환된 메가파스칼(MPa) 단위의 영률.
• r:소수점으로 표현된 압착 비율(예: 20% 압축 압착의 경우,r = 0.20).

계산 예:ID가=50mm이고 단면적이 d=3.53mm(평균 D=53.53mm)인 70 쇼어 AO-링(E=5.8 MPa)을 20%(r=0.20) ​​압축하려면 다음을 수행하세요.
- 린들리 브래킷: 1.25 * (0.20)^1.5 + 50 * (0.20)⁶ ≈ 0.1118 + 0.0032 ≈ 0.115
- 힘: F=π * 53.53 * 3.53 * 5.8 * 0.115 ≒ 395 뉴턴(압축 하중 약. 40.3kg).

4. 피크 접촉 압력 추정

전체 힘(F)을 계산한 후 최대 접촉 압력(P)을 추정합니다._연락하다) 밀봉 밴드의 중앙에 있어야 합니다. 평판에 눌려진 실린더에 대한 헤르츠 접촉 역학을 사용하여 최대 압력은 다음과 같이 추정됩니다.

어디ν포아송비이다. 고체 고무 재료의 경우 포아송 비는 사실상 다음과 같습니다.0.5, 이는 재료 부피가 압력 하에서 일정하게 유지됨을 나타냅니다.

실제 설계에서는 초기 조립 접촉 압력이 최소한1.5~2.0배예상되는 유체 압력은 저압 가스 응용 분야에 적절한 안전 여유를 제공합니다.-

5. 비압축성 규칙: 그루브 채우기가 100%에 도달하면 안 되는 이유

고무의 푸아송비는 0.5 정도이므로 압축해도 부피가 변하지 않습니다. 단지 모양만 바뀔 뿐입니다. O-링을 축방향(높이-방향)으로 누르면 반경방향(너비{4}}방향)으로 확장됩니다.

O-링의 단면적이-홈의 단면적을 초과하는 경우-(결과적으로그루브 충진율 100% 이상), 고무에 팽창할 공간이 없습니다. 이 조건에서 압축력은 기하급수적으로 증가하여 다음과 같은 결과를 초래합니다.

• 짝을 이루는 금속 또는 플라스틱 플랜지가 심각하게 손상되었습니다(균열 또는 휘어짐).
• 동적 밀봉 응용 분야에서 극심한 마찰과 결합.
• 엘라스토머의 즉각적인 압출 및 찢어짐으로 인해 치명적인 밀봉 실패가 발생합니다.

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