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軸/穴のはめあい公差について(穴にOリング溝を設…

軸/穴のはめあい公差について(穴にOリング溝を設ける場合) お世話になります。 自社製品の製作図の見直しを行っており、標題の件についてWebや機械設計製図便覧で見つからないため、ご教授願いたいと思います。 ?軸(PVC)/穴(SS材) φ20のはめあいです。 ?穴側にOリング溝を設けています。(OリングP20) ?JIS B2401-2 より、Oリング取付時の穴/軸の寸法許容差 H9/e8 等が表になっています。 ?同規格の中で、溝の内径外径の許容差が記載されています。+0.06/-0.00、または0.00/-0.06 等 現在の状況では、?と?の両方が適用されると思わるため、 どちらをとればいいのか迷っています。 どうぞ、宜しくお願い致します。 コメントありがとうございます。大変参考になっております。 情報追記させていただきます。 水没する環境下で使用するため、 本構造の目的ははめあい部へOリングを設けることによる止水となっています。 軸/穴の運動はありません。 実はすでに製品化されており、軸/穴の公差が最大1mmという図面になっていました。すきま1mm+Oリングで止水できるはずはないのですが、実績的にはOリングで止水できており、加工業者さんが気を使って公差をみてくれているのだと考えています。 そこまで精密な公差はいらないいう意見には同感しますので、JIS規格程度に公差をとろうと思い、質問させていただいていました。 材質のことも含めて回答いただいたりと、大変参考になります。 図面 https://www.dropbox.com/s/1xhtilmqwoovafm/%E6%8A%95%E7%A8%BF%E5%86%85%E5%AE%B9.pdf?dl=0

noname#230358
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noname#230359
noname#230359

 回答;; JIS B2401-2 を図書館でコピーしてきました。 解説書は未読です。(ハンドブックのため、以下Pはハンドブックの値)。 小生は、設計では、O-リング溝はCADにパターンが登録されていましたので、ほとんど計算しませんでした。 すでに御質問者は、解決なされたとのことですが、今回、ご質問により計算してみました。ご参考になれば幸いです。 サイズP20については、御自身で計算してください。JISの矛盾(規格では参考としていますが)と計算事例を示したつもりです。占有率;Fについては、後述です。 Fmax=π/4*d2*max^2/(tmin*bxmin)=(0.64~0.74) ;A.4.9 【P935】 穴側に溝を加工することは、格段に困難です。上級者ならIT8、9は可能 あくまでご参考です。一切免責とさせていただきます。 本件に対する御質問者以外の閲覧者の記述は、御無用に願います。 幾度か見直しましたが、誤記は御了承下さい。WORDにはりつけて ご覧ください。 < 誤差に関する参考書;(簡便法、誤差の伝播;?のP77) >  ?;計測における誤差解析入門 林、馬場 東京科学同人 2000年3月  ?;工業計測演習  和田、村川 工学図書 S44 URLの参考 http://gijyutsu-keisan.com/mech/engineer/general/tol/tol_2.php <計算例は、同規格、付属書A(参考)P933、はO-リングの種類がFシリーズであるが、これをP番に置き換えて記載する。 A.5 ロッドシール用途の場合の寸法設定P935>  ロッド径φ34とします。 累積公差は完全互換を用います。利用図は、図JA.2-ロッドシール用のハウジング つぶし率は、図JB.1 d2=3.53よりC=11~22とする。 【d2=3.53は新規格】 また、静的用途では、図JB.3でC=13~30となる。静的とは圧力があまり変動しないと思われる。  図JA.2 の d5、d6を決定する。 O―リングサイズ;P34とする。 < その1 >  JISハンドブックB2401-2 P916~917 d5; 34 0/-0.08   表3-運動用及び固定用(円筒面)のハウジングの形状・寸法(続き)P915~ d6; 40+0.08/0    同上 d2;O-リング太さ 3.5±0.10 同上    非つぶし比(=1-つぶし率/100)=Oリング溝高さ/Oリング線径;    付属書JB図JB.1 d2=3.53よりC%=11~22、C=0.11~0.22が最適値     (尚表3では、つぶし代0.32~0.60 つぶし率9.4~16.7%である。)  計算 非つぶし高さ;th th=(d6-d5)/2 寸法の中央値表示 d5m=(d5max+d5min)/2=34+(0-0.08)/2=34-0.04=33.96  公差?d5=±0.04       d6m=(d6max+d6min)/2=40+(0.08+0)/2=40+0.04=40.04  公差?d6=±0.04      th=(d6m-d5m)/2=(40.04-33.96)/2                             3.04 thの公差;?t=(?d5+?d6)/2= (0.04+0.04)/2=0.04                 0.04 非つぶし比; C’max=tmax/d2min=(3.04+0.04+)/(3.5-0.1)=3.08/3.4       0.9059 C’min=tmin/d2max=(3.04-0.04)/(3.5+0.1)=3.00/3.6         0.8333 つぶし率;  附属書 JB 図JB.1d2=3.53の値 より         判定値;11~22 Cmax%=(100-C’min*100)=                             16.7 Cmin%=(100-C’max*100)=                              9.4 これらの値は、表3 P917の値と一致している。 軸寸法、d5に対しO-リング溝d6は、締め代は過小気味で良好とは言えません。がほぼ満足です。    JISつぶし率は寸法のmax//min値で計算されている。    付属書JB図JB.1 d2=3.53よりC%=11~22 に対し9.4%は満足していない。    理由が解説書に記載がされて可能性もあるので御一読ください。 < その2 > O-リング室高さth;の公差 ;利用図、図JB.1―油圧動的用途の場合 目的;A5 寸法設定//  軸D5、34f7に対するD6をつぶし率11~22%になるように計算する。 計算式 非つぶし高さ;th=(d6-d5)/2 &非つぶし比;C’ 、C’=th/d2  C=1-C’=0.11~0.22  となるd6を求める。 C’=1-C=0.78~0.89 C’max=0.89  C’min=0.78 th=thm±?th thm=0.5*(d6m-d5m) ;-1 ?th=(?d6+?d5)/2    ;完全互換法 ;-2 d2=d2m±?d2 = 3.5±0.1 d5=d5m±?d5 d5m=(d5max+d5min)/2  d5=34 f7 -0.025/-0.050  d5max= 33.975 d5min= 33.95 d5m=(33.975+33.95)/2=33.9625  ?d5=(d5max-d5min)/2=0.025/2=0.0125 thmax=thm+?th            ;-3 thmin=thm-?th            ;-4 d2max=d2m+?d2            ;-5 d2min=d2m-?d2                             ;-6 C’max=thmax/d2min=(thm+?th)/(d2m-?d2) ;-7 C’min=thmin/d2max=(thm-?th)/(d2m+?d2) ;-8 thm+?th=(d2m-?d2)C’max   ;-9 +) thm-?th=(d2m+Δd2)C’mim ;-10 -------------------------------------------------------- 2thm=(d2m-?d2)C’max+(d2m+?d2)C’mim  ;-11 = (3.5-0.1)0.89+(3.5+0.1)0.78=5.834 thm=(2thm)/2=  2.917 ?th=(d2m-?d2)C’max-thm   ;-12 = (3.5-0.1)0.89-2.917=  0.109 式1より  d6m=d5m+2thm =33.9625+2*2.917= 39.7965 検算 C’max=thmax/d2min=(thm+?th)/(d2m-?d2) =(2.917+0.109)/(3.5-0.1)= 0.89 C’min=thmin/d2max=(thm-?th)/(d2m+Δd2)=(2.917-0.109)/(3.5+0.1)= 0.78 Cmax=1-C’min=1-0.78= 0.22 ⇒22%  ok Cmin=1-C’max=1-0.89= 0.11 ⇒11%  ok ?d6の算出 式-2より求める ?th=(?d6+?d5)/2  ?d6=2*?th―?d5 =2*0.109―0.0125=0.2055 よって d6=39.7965±0.2055 となる。  d6max=40.002  d6min=39.591  この他の制限 ;A.5.6;O-リングの最大内径 (max内径;d1max) d1max=0.98d5max;; O-リングの制限;max軸径の98% d5max=34 d1max=33.7+0.33=34.03      O-リングP34寸法 ;(33.7±0.33)X(3.5±0.1) d1max/d5max=34.03/34=1.0009 ≠0.98  判定;NG となる。 d5m= 33.9625±0 d1m=33.7 d1m/d5m=33.7/33.9625=0.992 <その他> ?  O-リング装着時の線径について O-リング-リングの引き延ばし(軸径>内径)使用時の線径変化を計算する。 線径は体積(V)一定の計算で求める  V=π/4*d2^2*(d1+d2)π  (パップスの定理;V=断面積*図心回転長さ)  V‘=π/4*d2’^2*(d1‘+d2’)π   V=V‘ より d2’をゴールシークの変化セルとして、EXCELにて求める。 d2’の計算式解法は、3次関数のため 解法が困難である。 本例の最小O-リング33.7-0.33、3.5-0.1、軸max34におけるd2’は3.372 となる。 つぶし比minは、1-(2.917+0.109)/(3.372)=0.103 でわずかに0.11を切っている。O-リングの引き延ばしの影響は最大で7%程度である。 (0.103/0.11=0.93) ? O-リング溝加工時の許容振れ 6= 図JA.2に溝の外径には、振れyがあり、d6≦50の時y=0.025、d6≧50の時y=0.05、本件ではd6=39.7965なので、y=0.025となる。 このyを寸法で吸収するためには、y分の公差を収縮する。すなわち0.2055-0.025/2=0.193、よって、 d6=39.796±0.193 となる。 d6max=39.990、 d6min=39.603 が振れまで考慮した溝外径である。 尚、JIS値P34は、40+0.08/0、d6=40.08~40でJIS値は過大である。 補記 表3のd、b以外、例えば、つぶし代 や つぶし率 は参考として記載されている。 しかし、つぶし代やつぶし率は、寸法から算出できる値であり、これらが参考なら、寸法d、bも参考とすべきと思慮する。O-リングの使用際し、重要なポイントは、つぶし代と、はみ出し である。 つぶし代については、附属書JBに4種類表示されている。基本的には、附属書の“つぶし率”によることを基本とすべきと思われる。 尚、某社メーカー、のOリングの設計基準(円筒面)は、つぶし率=8~25%、(耐久性20~25)、 充填率=75%狙い、max90%、内径伸張率0~5% 外径張り率0~3% と記載されている。JISの最小つぶし率は、7.9%と記載がある。 そのページは、JISハンドブック B2401-2 P919 呼び番号P150A~P200。 Fmax=π/4*d2*max^2/(tmin*bxmin)=(0.64~0.74) bxmin=π/4*d2*max^2/(Fmax*tmin) d2*max=3.6   tmin=thm-?th=2.917-0.109=2.808 Fmax=0.74  bxmin=b1min=π/4*3.6^2/(0.74*2.808)=4.9 表3値のb1は、4.7 +0.25/0 b1min=4.7は過小となる。 以上 径結果は、JIS規格表3を満足しなかった。理由は計算の根拠とする“つぶし率”が 規格で異なった値を表示していることにある。この理由は、規格の解説に記載されている可能性はあるが、小生は矛盾の調査はしない。以上ご参考まで。 www.mitsubishi-cable.co.jp/ja/products/pdf/kiki/12/yuatsu_seals.pdf  http://www.nok.co.jp/product/o-rings/p_series.html 最後にご質問に対して小生の規格の解釈を申し上げます。 B2401-2 表3 (ハンドブックP914)P20の固定用、ハウジングにO-リングを設置する時寸法は、どれを選定すればよいですか?。と解釈します。 規格に描かれている図は、P910 図1-b) またはP937附属書JA 図JA.2です。 図JA.2の方が詳しく表示されています。 直径基本値はd5、d6、d10を表3より選択することになります。 d5;20 0/0.06 参考でh9、f8、e7とあります。これら公差記号は、0/0.06に入るとみなせるので、この記号を使用してよい。と解釈できます。 d6;24 +0.06/0 参考でH9 (+0.052/0)を使用してもよい。 d10;ロッド内径(ロッドは誤記正しくはハウジング) P番ではd10寸法の記載がない。シリーズF;表JA.5(図JA.2)によれば、d5/d10=f7/H8の常用する穴基準のはめあいを採用している。20f7-0.020/-0.041 、H8+0.033/0で最小隙間は0.020となる。 すなわち、直径20mmで、はめあい最小すきまは20μm必要としている。このような箇所の最小隙間が大きいと判断される場合、fg(fとgの幾何平均値)を上の寸法許容差とすれば、寸法20の箇所には、記載されていないので、計算は、(f*g)^0.5 =(-20*-7)^0.5=(140)^0.5=12μm=0.012mm を上限と決める。下の寸法許容差は、IT7とすれば21μm=0.021であるから、0.012+0.021=0.033これに負号を付け-0.033. すなわち軸側は20fg7-0.012/-0.033と算出する。ただ20に対しfg7という表現を記載してよいかは、規格協会に問い合わせてほしい。NG場合、記号削除し数値のみ記載すればよい。 20H8/fg7の隙間は、0.033/0、-0.012/-0.033=0.012/0.066となる。 最大直径は、0.066mmで0.066/25.4=2.6/1000in。 硬度#70の時;2.35*1000psi=16.1Mpa, #90の時;7.2*1000psi=49.4MPaとなる。 尚、御質問者のつぶし率は、水静的ですので、図JB.3のd2=3.35 C=13~30を採用し計算すればよいと存じます。 最近JISはISOに準拠するようになっていますので、非常に良好になっております。社内規格を改訂しても、旧製品が皆無になるわけではありません。しかし実施しないと周囲から遅れとりますので、決断が必要です。 <Oリングの種類におけるJIS規格> 日本工業規格  JIS  B2401-1:2012 4種類 4.1 リングの種類 O リングの種類は,表 1 による。 表 1-O リングの種類 O リングの種類    種類を表す記号 運動用 O リング       P 固定用 O リング       G 真空フランジ用 O リング  V ISO 一般工業用 O リング F ISO 精密機器用 O リング S B 2401-1:2012 表 JA.4-シリーズ F の O リングの呼び番号,寸法表示,及び内径の基準寸法・許容差 太さの基準寸法(d2) :3.53 mm,太さの許容差:±0.10 mm

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  • 回答No.4
noname#230359
noname#230359

軸がアキシャル方向に動く場合として 穴側にφ24の溝を切るのであれば、公差は+0.06/-0.00でよいです。 φ20部の嵌め合いは、出来るなら軸基準ならF8/h8くらい。穴基準ならH8/f8くらい。ここの隙間が大きくなりすがるとOリングが軸運動時にねじ切れる場合もあります。もちろん潤滑は必要です。 固定用のシールの場合はもう少しラフに考えても良いと思います。高いシール性が要求される場合には、溝深さを0.1位浅くするのもありです。

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質問者からのお礼

ご回答ありがとうございます。 大変参考になります。 自分の中で解決しました! φ20のハウジングから溝の深さKを削っていくという図面の書き方にしていました。 円筒面に溝を切る場合は、φ20のハウジングに対してφ24の溝を切るというニュアンスが一般的なのですね。 はめあい部ははめあい公差を用いて、はめあいと関係のないφ24の溝には+0.06/-0.00のような公差設定をすると。 ありがとうございます。 やはり固定用は少しラフに考えていいのですね。 経験者の感覚がわかって参考になりました、ありがとうございます。

  • 回答No.3
noname#230359
noname#230359

小生は、三十年弱前に、JIS公差(Oリングカタログ資料内容)通りにして失敗しました。 > ?JIS B2401-2 より、Oリング取付時の穴/軸の寸法許容差 H9/e8 等が表になっています ???です、これはOリングより使用目的での、穴/軸公差が最優先です。 そして、軸サイズにあったOリング溝径をアレンジし、軸と穴に隙間が多ければ、バックアップ リングみたいな物で防止策をとる手順が一般的です。 また、 A)軸(PVC)なので、Oリングとの摩擦係数が大きく、摩耗やめくれがしんぱいですから、 グリースを溝に充分塗布やグリースが補充できる工夫が必要と思われます B)ハウジングに溝より、軸に溝の方が、組付け時Oリングに傷をつけ難い、付けた感が   判り易いと、製造の方に云われましたし、納得なので、どちらでも良ければ変更が望ましい を、追加アドバイスとしておきます。

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質問者からのお礼

アドバイスありがとうございます。 私もハウジングに溝を切るより軸に溝を切りたいと提言したのですが、 PVCに溝を切る場合は精度をとるのが難しいとも聞きました。 この辺りの実際も気になっています。

  • 回答No.2
noname#230359
noname#230359

JIS規格は一般適用のため 性能を保証するものではありません 自社製品が機能として満たされるシール製 があるかどうか 評価実験はちゃんとやるべきです 昔やってたこと つぶれ代 永久ひずみ シール製 組み立て時のOリングの削れ 膨潤性 ヒートショック 破壊耐久 などなど

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質問者からのお礼

おっしゃる通りだと思います。試験は行います。 まずは暫定の公差を決定するのに、皆様の知見をお借りさせていただきました。 大変参考になっております。

  • 回答No.1
noname#230359
noname#230359

以前も何度かOリングについて投稿したことがあるのですが、↓技術資料には つぶし代と密封流体の圧力関係なども明記されていたと思いました。 ここら辺を参考にして、決められたら如何でしょうか? 摺動抵抗を少なくしたいのであれば、つぶし代を極力少なく良いと思います。 何でも杓子定規に決めるよりも設計の考え方も盛り込むべきと思う。 只しご質問の公差では、僅かなのでゴムだし殆ど変わらない気がします。

参考URL:
http://www.mutsubishi.co.jp/technology/O_ring.pdf

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質問者からのお礼

規格に対してやっきになっていました。 確かに設計思想を反映した公差をとるべきですね、ハッとしました。 ご回答いただいたように、公差の差がわずかですのでほとんど変わらないとは思うのですが、規格として公差が2通り設定されているので、その意図の違いが読み取れず気になっています。 今まで社内の止水構造がざっくりでしたので、この際しっかり見直したいと考えています。添付いただいた資料参考になります、ご回答ありがとうございました。

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    はじめまして。 プレス加工製品の検査担当をしております(未熟者です)。 いつもの顧客図面では図面上に公差の入っていないものは一般公差として図面内に呼び寸法に対する公差が記載されているので確認できるのですが、 この度別の客先の製品を受注して検査することになったのですが、 図面上にそういった欄がなく、ただ 「公差表示方式 JIS B 0024、普通公差 JIS B 0419-mH」 と記載されているだけで公差のランクや幅がわかりません。 過去の質問を検索したり、上記JIS規格を検索しましたが勉強不足かもしれませんが理解できません。 知りたいのは曲げ寸法の公差なのですがJIS B 0419を読んでも曲げに関する寸法の記載がなくわかりません。 結局のところこの様な図面の場合「○○±0.1」とか直接公差が入っていない寸法公差をどの表で判断したらよいのかを知りたいのですが・・・。 初歩的な質問で申し訳ありませんがどなたか教えてください。 ご回答して頂いた方々、ありがとうございました。 大変参考になり、また、勉強になりました。 JIS規格というのはどうも苦手意識があり、読んでも理解し難い文章と思っていましたが、皆様のアドバイスを読んでから規格を読み直すと見えてくるものがありました。 まだまだ勉強不足です。 しっかり熟読して力をつけたいと思います。

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    経験豊富な方々のご意見を、いつも参考にさせていただいてます。 いつもは閲覧のみなのですが、今とても困っているので質問をさせていただきます。 Oリングを使用したノズルの設計検討をしております。 Oリング自体初めて使用するため、知識が浅く資料を集めながら勉強しています。 下記文中の3点についてご指導・ご指摘をしていただきたいです。 また、下記の手順で進め方に間違いはないでしょうか? ------------------------------ ■使用方法 ・円筒面/運動用 ・穴側Oリング取付 ■条件 ・軸側外周は決まっている ・スペース上の点から、Oリング線径MAX値も決まっている ■要求内容 ・スペース上使用可能なOリング線径を選定し、その内径、穴側溝深さを求める ・今回使えそうなOリングを各Oリングメーカーから探す ■困りごと ・溝幅の設定 ・穴径の設定 ・設定手順に間違いはないかどうか ------------------------------ まずスペース上使用できそうなOリングの線径をいくつか挙げました。 円筒面で使用する場合のつぶし率を15%~25%の間で設定しました。 (http://gijyutsu-keisan.com/mech/engineer/seal/seal_2.html#acontents23) 次に溝の深さを決めようとしているのですが、 (http://gijyutsu-keisan.com/mech/engineer/seal/seal_2_2.html) 上記URL先を参考に設定すると穴径=軸径になってしまうような気がします。 1:つぶし率を考慮しながら穴径=軸径にならない範囲で穴径を設定すれば良いものなのでしょうか? 軸と穴の隙間について調べているうちに、その隙間はOリングはみだしに影響するのではないかというところへ辿りつきました。 2:その隙間の設定はJIS B2406に記載されている「バックアップリングを使用しない場合のすきまの最大値」を参考に導き出せば良いのでしょうか? 隙間の設定をし、穴径と溝幅を導き出せたとします。 つぶし率・隙間を考慮していれば良いのでしょうか? 3:Oリングに対して何%以上は溝深さがないと脱落してしまうということはないのでしょうか? (http://gijyutsu-keisan.com/mech/engineer/seal/seal_2.html#pagetop) 上記URL先2-1(2)にそれに近いことが記載されていると思うのですが、私の読解力が足りず理解しきれていません。 ご意見をお待ちしています。よろしくお願い致します。

  • 寸法公差について教えてください

    まったくの素人です。 今はじめて機械設計をしているのですが、 公差(寸法公差?)の指定の仕方でわからないことがあります。 資料を見る限り寸法公差は“軸と穴”に対しての指定のように思うのですが、 例えば軸と穴ではなく金型の凹側凸側のような場合にも寸法公差は指定できるのでしょうか? 現在、縦×横×高が80mmのブロックに幅60mm深さ10mmの溝を掘り、 そこに長さ200mm×幅60mm×深さ10mmの板材をはめ込みたいのですが、 この凹面側と凸面側に寸法公差を指定しようとしています。 例えば穴の交差がH7で軸の交差f7のように、 溝の幅60mmにH7で板材の幅60mmにf7の交差を指定しても大丈夫なのでしょうか?