最適な性能と耐久性のためのカスタマイズされたゴム部品の設計方法 |

小売として個別の部品として提供されるカスタムゴム部品は、さまざまな産業で広範な使用があり、したがって、カスタムゴム部品の性能と耐久性は最終製品の信頼性と耐用年数に直接影響を与えます。最適な運用性能を達成するためには、カスタマイズされたゴム部品の設計において材料選択、構造設計、プロセスの実現可能性、および適用環境などの多くの考慮事項が含まれます。本論文では、設計プロセス、材料選択、構造の最適化、製造プロセスの考慮事項、性能確認の観点から、最高の性能と耐久性を得るためのカスタムゴム部品の設計方法を系統立てて説明します。

まず明確な設計目標と要件を決定し、設計プロセスの枠組みを確立します

カスタマイズされたゴム部品の設計の前に、設計目標と具体的なニーズを決定する必要があります。これは、その後のすべての設計活動の前提となります。<br>

1.1 明確な性能指標：ゴム部品が満たす必要がある性能指標を詳細に定義します。例えば、引張強度、伸長率、硬度、温度範囲、耐食性、疲労強度、圧縮永久変形などです。これらの指標の量化は、次のステップである材料選択と構造設計に役立ちます。<br>

1.2 精密な使用環境：ゴム部品の使用環境を詳細に分析します。これには、作業温度、湿度、接触媒体（油や酸、アルカリなど）、力の条件（引き伸ばし、圧縮、せん断など）、振動周波数が含まれます。これらの環境要因を使用して、部品にかかる負荷や発生しうる破損モードを決定できます。

1.3 デザインの枠組みを決定する：明確な設計プロセスを確立し、次のステージを含むものとする: 概念設計、初步設計、詳細設計、シミュレーション分析、設計検証など。秩序ある設計プロセスのために、各ステージの目標と成果物を概説すべきである。<br>

次に、特定のアプリケーションシナリオのための材料を選択する<br>

適切な材料を選ぶことは、カスタムゴム部品を設計する上で重要な部分であり、主にそれが部品の性能と寿命を決定するからである。<br>

材料選択に意味のある要因を抽出する: ゴム部品の使用における性能指数要件と環境条件に基づき、適切なゴム材料を選択する。主要な性能指標: 機械的特性、耐熱性、耐寒性、化学腐食抵抗性、老化等である。材料の加工性能、コストおよび環境への配慮も同時に考慮されるべきである。<br>

普段使用されるゴム材料 2.2 特性 ゴム材料の特性 最初に、一般的に使用されるゴム材料の特性を理解することが重要です。ナチュラルゴム（NR）は優れた弾力性があるため、高反発用途に使用されます；ニトリルブタジエンゴム（NBR）は良好な耐油性を持つため、油環境下での使用に適しています；シリコーンゴム（VMQ）は高温および低温に対する優れた耐性があり、極端な温度環境に適しています。フッ素ゴム（FKM）は優れた化学耐性を持ち、腐食性媒体環境で使用されます。

2.3 特性強化改質戦略 ゴムは特定のニーズに対応するための性能向上や改質が行われます。例えば、カーボンブラックを添加することでゴムの強度と耐磨耗性を向上させることができます；シランカップリング剤を添加することで、ゴムと充填材の界面結合を強化することができます。抗酸化剤はゴムの老化抵抗性を向上させるために使用されます。

第三に、構造設計の見直しを行い、沈降を増やして耐荷重性と耐久性を向上させる

適切な構造設計は、応力分布をより合理的にし、ゴム部品の耐荷重性と耐用年数を改善することができます。

3.1 幾何形状の最適化: 応力状態を解析し、部品の形状を最適化して応力集中を避ける。例えば、鋭角による応力集中を避けるためにコーナー部分で丸みを持たせる遷移を使用する；補強板の合理的な設計により、部品の剛性と強度を向上させることができます。

3.2 厚み分布の増加: 部品の厚み分布を最適化し、力が大きい領域では厚みも比例して大きくなるようにすることで、軸受の負荷支持能力を向上させます。成形プロセスと被せ加工は調整可能であり、シールリングのリップの厚みを増加させるか、リップ角度を減らすことで、シールリングの密封性能を向上させ、その性能をより良くすることができます。<br>

3.3 予圧縮および予張力設計: 特定の応用背景のもとで、部品に予圧縮または予張力を設計することで、部品の応力状態を改善できます。良い例はOリングの取り付けで、適切な予圧縮はその密封性能を向上させます。<br>

製造可能性と品質を両立するための工程計画

設計段階で製造プロセスを十分に考慮することが不可欠であり、プロセスの複雑さが加工の困難さや品質保証の難しさにつながらないよう配慮する必要があります。<br>

4.1 溶型構造の設計: 溶型の構造と動作原理を理解し、合理的な溶型構造を設計することで、ゴム部品を成功裏に脱型できるようにします。例えば：適切な分割面を作成する（バックドロップや鋭角を避ける）適切な排気孔を設ける（気泡を避ける）。<br>

4.2 成形プロセスパラメータの決定: ゴム部品の成形プロセスパラメータを最適化し、設計において硫化温度、硫化時間、圧力などを設定します。より厚いゴム部品は薄く穴を開け、長時間硫化して完全な硫化を確保する必要があります。

4.3 品質検査基準の設定: 橡胶部品の品質検査基準を制定し、部品の幾何寸法公差、外観欠陥、機能性能指標などについて定義します。これにより、製造された部品が設計要件を満たすことが確保されます。

シミュレーション解析および性能試験による設計案の検証

したがって、設計はシミュレーション解析と性能試験によって確認され、設計案の信頼性を確保する必要があります。

シミュレーション解析 (5.1) 有限要素解析ソフトウェアを使用して、ゴム部品の応力解析、変形解析、疲労解析を行い、実際の作業条件における性能を評価し、生産を最適化します。類似例として、繰り返し荷重にさらされるゴム部品は、疲労解析を使用してその寿命を確認します。

5.2 パフォーマンステスト: 引張試験、圧縮試験、摩耗試験、耐候性試験などの様々なパフォーマンステストを実施し、その性能が設計要件を満たしているかどうかを確認します。<br>

5.3 デザインの反復と最適化: シミュレーションおよびパフォーマンステストの解析結果に基づき、設計案を反復的に最適化し、すべての性能指標と耐久性要件を満たすまで継続的に改善を行います。<br>

六 号 結論

カスタムゴム部品の設計は、材料の選択、構造、設計の実現可能性、および使用環境を考える必要がある複雑で敏感なプロセスです。科学的な設計プロセスを通じて、シミュレーション分析とパフォーマンステストを十分に活用することで、優れた性能と耐久性を持つカスタムゴム部品を設計し、製品の信頼性と寿命を向上させ、製品のメンテナンスコストを削減し、総合的な競争力を向上させることができます。