रबर सील संपीड़न बल और संपर्क दबाव की गणना कैसे करें

यांत्रिक और द्रव प्रणाली डिज़ाइन में, एक विश्वसनीय संयुक्त रिसाव प्रूफ़ सील सुनिश्चित करने के लिए सावधानीपूर्वक गणितीय मूल्यांकन की आवश्यकता होती है। यदि रबर सील को संपीड़ित करने के लिए आवश्यक बल बहुत कम है, तो संपर्क दबाव द्रव दबाव से अधिक नहीं होगा, जिसके परिणामस्वरूप रिसाव होगा। इसके विपरीत, यदि बल बहुत अधिक है, तो यह मेटिंग फ्लैंज को विकृत कर सकता है, प्लास्टिक हाउसिंग को नुकसान पहुंचा सकता है, या असेंबली बोल्ट उत्पन्न कर सकता है।

संपीड़न बल और संपर्क दबाव की गणना करने के तरीके को समझने से बी2बी इंजीनियरिंग टीमों को अनुकूलित खांचे डिजाइन करने, सही इलास्टोमर्स का चयन करने और टॉर्क विनिर्देशों को निर्धारित करने में मदद मिलती है। इस तकनीकी गाइड में, हम इलास्टोमेरिक सीलिंग यांत्रिकी के पीछे गणितीय समीकरणों और भौतिक सिद्धांतों का विवरण देते हैं।

1. मौलिक सीलिंग स्थिति: संपर्क दबाव बनाम द्रव दबाव

द्रव रिसाव को सफलतापूर्वक रोकने के लिए किसी भी स्थिर इलास्टोमेरिक सील (जैसे O{0}} रिंग या कस्टम गैसकेट) के लिए, इसे संतुष्ट करना होगामूलभूत सीलिंग स्थिति:

जब एक रबर सील को एक खांचे में स्थापित किया जाता है और दो संभोग सतहों के बीच संपीड़ित किया जाता है, तो इसकी आंतरिक लोचदार पुनर्प्राप्ति सीलिंग पदचिह्न पर एक संपीड़ित तनाव वितरण बनाती है। इस तनाव वितरण का चरम हैअधिकतम संपर्क दबाव (पी_{संपर्क}). यदि सीलबंद द्रव का दबाव (पी_{तरल पदार्थ}) इस संपर्क दबाव से अधिक होने पर, द्रव इंटरफ़ेस के माध्यम से अपना रास्ता बना लेगा, जिससे एक रिसाव पथ बन जाएगा।

सिस्टम दबाव के तहत, इलास्टोमेरिक सामग्री उच्च {{0}चिपचिपाहट वाले तरल पदार्थ की तरह कार्य करती है (उनकी लगभग -असंपीड्यता के कारण), प्रारंभिक संपर्क दबाव में जोड़ने के लिए द्रव दबाव को स्थानांतरित करती है। यह स्वयं {{3} सीलिंग तंत्र उच्च दबाव ओ {{5} रिंग डिज़ाइन की नींव है।

2. किनारे की कठोरता को यंग मापांक (ई) में परिवर्तित करना

किसी सील को निचोड़ने के लिए आवश्यक बल की गणना करने के लिए, आपको सामग्री की कठोरता का पता होना चाहिए। जबकि इंजीनियरिंग गणना के लिए इसकी आवश्यकता होती हैयंग मापांक (ई)मेगापास्कल (एमपीए) में, रबर डेटाशीट का उपयोग करके सामग्री की कठोरता निर्दिष्ट की जाती हैकिनारा ए कठोरता (एच).

आप जेंट्स अनुभवजन्य समीकरण का उपयोग करके शोर ए कठोरता से यंग मापांक का अनुमान लगा सकते हैं:

वैकल्पिक रूप से, मानक इंजीनियरिंग संदर्भ तालिकाएँ सामान्य B2B इलास्टोमेर कठोरता स्तरों के लिए अनुमानित यंग मापांक श्रेणियाँ प्रदान करती हैं:

3. O-रिंग संपीड़न बल की गणना (लिंडले का समीकरण)

ज्यामिति बदलावों और इलास्टोमेर व्यवहार के कारण वृत्ताकार क्रॉस{{1}सेक्शन की O{0}रिंग को संपीड़ित करने के लिए आवश्यक भार अत्यधिक गैर{2}रैखिक है। सीलिंग इंजीनियरिंग में प्रयुक्त मानक अनुभवजन्य सूत्र हैलिंडले का समीकरण:

कहाँ:

• F:न्यूटन (एन) में संपीड़न बल।
• D:माध्य O-मिलीमीटर (मिमी) में रिंग व्यास, की गणना इस प्रकार की जाती है:डी=भीतरी व्यास (आईडी) + डी.
• d:O{0}रिंग क्रॉस-सेक्शन व्यास / कॉर्ड व्यास मिलीमीटर (मिमी) में।
• E:मेगापास्कल (एमपीए) में यंग का मापांक, शोर ए से परिवर्तित।
• r:निचोड़ अनुपात को दशमलव के रूप में व्यक्त किया जाता है (उदाहरण के लिए, 20% संपीड़न निचोड़ के लिए,r = 0.20).

गणना उदाहरण:एक 70 शोर एओ {{1} रिंग (ई=5.8 एमपीए) को आईडी {{3} मिमी और क्रॉस {{4} सेक्शन डी {{5} मिमी (मीन डी {{6} मिमी) के साथ 20% (आर=0.20) ​​से संपीड़ित करने के लिए:
- लिंडले ब्रैकेट: 1.25 * (0.20)^1.5 + 50 * (0.20)⁶ ≈ 0.1118 + 0.0032 ≈ 0.115
- बल: एफ=π * 53.53 * 3.53 * 5.8 * 0.115 ≈ 395 न्यूटन (लगभग . 40.3 किग्रा संपीड़न भार)।

4. चरम संपर्क दबाव का अनुमान लगाना

समग्र बल (एफ) की गणना करने के बाद, अधिकतम संपर्क दबाव (पी) का अनुमान लगाया गया_{संपर्क}) सीलिंग बैंड के केंद्र में होना आवश्यक है। फ्लैट प्लेटों के खिलाफ दबाए गए सिलेंडर के लिए हर्टज़ियन संपर्क यांत्रिकी का उपयोग करते हुए, चरम दबाव का अनुमान इस प्रकार लगाया जाता है:

कहाँνपॉइसन का अनुपात है. ठोस रबर सामग्री के लिए, पॉइसन का अनुपात वस्तुतः है0.5, यह दर्शाता है कि दबाव में सामग्री की मात्रा स्थिर रहती है।

व्यावहारिक डिज़ाइनों में, यह सुनिश्चित करना कि प्रारंभिक असेंबली संपर्क दबाव कम से कम हो1.5 से 2.0 गुनाअपेक्षित द्रव दबाव कम दबाव वाले गैस अनुप्रयोगों के लिए उचित सुरक्षा मार्जिन प्रदान करता है।

5. असंपीड्यता नियम: ग्रूव फिल कभी भी 100% तक क्यों नहीं पहुंचना चाहिए

चूँकि रबर का पॉइसन अनुपात ≈0.5 है, इसलिए संपीड़ित होने पर इसका आयतन नहीं बदलता है; यह केवल अपना आकार बदलता है। जब आप एक O{2}}रिंग को अक्षीय रूप से (ऊंचाई{3}}वार) दबाते हैं, तो यह रेडियल रूप से (चौड़ाई-वार) फैलती है।

यदि O{{0}रिंग का क्रॉस{{1}अनुभागीय क्षेत्र खांचे के क्रॉस{{2}अनुभागीय क्षेत्र से अधिक है (परिणामस्वरूप)100% या अधिक का नाली भराव अनुपात), रबर के पास विस्तार के लिए कोई जगह नहीं होगी। इस स्थिति के तहत, संपीड़न बल तेजी से बढ़ता है, जिससे:

• मेटिंग मेटल या प्लास्टिक फ्लैंज को गंभीर क्षति (टूटना या झुकना)।
• गतिशील सीलिंग अनुप्रयोगों में अत्यधिक घर्षण और बंधन।
• इलास्टोमेर को तुरंत बाहर निकालना और फाड़ना, जिसके परिणामस्वरूप विनाशकारी सील विफलता हुई।

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