ボルト/ねじ

ボルト/ねじの原理から締付けトルクの算出

ボルト/ねじとは

ボルト/ねじとは別個の部材を連結させるものです。(ここでは運動用の説明は割愛します)

ねじの種類については下記の記事をご覧ください。

ネジの種類/特徴

構造

イメージ

構造

ピッチ

  • 隣り合うねじ山の中心距離間

リード

  • 一回転した時に進む距離

回転方向

  • 右ねじ:右に回すと締まる 左に回すと緩む
  • 左に回すと締まる 右に回すと緩む
  • 右ねじが一般的だが、使用用途により左ねじもある

リードの種類

リードの種類

  • 1条ねじ:1回転で1ピッチ進むもの(1リードの間に1条のらせんがある)
  • 2条ねじ:1回転で1条ねじの2倍進むもの(1リードの間に2条のらせんがある)
  • 多条ねじ:1回転で条数×ピッチ進む(1リードの間に条数分ののらせんがある)

通常使用するねじは1条ねじです。

加工方法はこちら

引用抜粋:

 

軸力と連結原理

ねじを締付けるとねじとタップが互いのねじ山が食い込み合い ねじが伸びます。

ねじが伸びる=張力=軸力の発生

この軸力がポイントです。

軸力の効果

効果

  • ねじ山の摩擦 
  • ねじの座面の摩擦
  • 部品の摩擦

軸力によって摩擦が保持されねじは連結されます。

 

強い軸力

強い軸力を発生させるとねじが緩みにくくなります。

強い軸力を発生させる為のキーワード

キーワード

  • ねじの引っ張り強さ
  • ねじの有効長
  • 摩擦面積を増やす

では実際にはどうすれば良いでしょうか?

どうすべきか

  • ハイテンションボルトを使用・・・強い力で締付けられる
  • 有効長を1.5D ~2.0Dとするとよい(厳密には計算が必要)・・・摩擦面積が増える

このような事が必要となると思われます。

 

細目ねじ

ピッチが細かい細目のねじは緩みの対策として有効です。それはリード角が少ない(らせんの角度)ので緩む為に必要なトルク増える為です。

ボルト/ねじの緩みの原因

それではねじの緩みの発生原因を考えてみましょう。

回転による緩み

①回転による緩み

  • ねじに振動・衝撃が繰り返し加わり回転して緩む

回転以外による緩み

②回転以外による緩み

  • 初期緩み:ねじ山、座面のなじみが悪い
  • 陥没:部材が柔らかい、座面が小さい場合
  • 座面が部材にめり込み、軸力が失われる
  • 振動摩擦:連結部材がお互いに微細に振動
  • 軸力不足:ねじの締付け不足

ねじの緩みにはこのような要因が考えられます。

ボルト/ネジの強度

ねじの締めすぎには注意しなければいけません。

①ボルト/ネジは締付け過ぎると、軸力は失われねじ切れる

降伏点を超えると、ねじは伸びたままもとに戻らない

ボルト/ネジの強度区分

ねじには強度区分によって分類されます。

ボルトの頭に強度区分の数値がある
左側4.8       中央10.9     右側12.6

強度区分の考え方

例  ≪4.8≫  の強度区分の場合 

 ≪4=引張強さ(破断に至るまでの最大応力)  4×100=400N/㎟≫ 

 ≪8=降伏点(材料を引っ張ったり、圧縮した時に変形量が力と比例しなくなる点) 8×10=80%

引張強さの80%が降伏点と言う事になります。 降伏点応力=400×0.8=320N/㎟

ボルト/ネジの締付けトルク

締付けトルクの算出

締付けトルクは降伏点応力の70%とされています

引張強さと締付けトルクは意味が違いますので、下記のように計算する必要があります。

締付けトルクの計算

締付け時の軸力(N)=降伏点応力の70%(N/㎟)×有効断面積(㎟)

締付トルク(N/m)=0.2×降伏点応力の70%の時の軸力(N)×ネジ径(mm)÷1000

 

一般用メートルねじの有効断面積  
ネジの呼び ピッチ(mm) 有効断面積(㎟)  
M 4 0.7 8.78  
M 5 0.8 14.2  
M 6 1 20.1  
M 8 1.25 36.6  
M10   1.5 58  
M12   1.75 84.3  
M14   2  115  
M16    2 157  
       
JIS B 0205-3 メートル並目ネジの有効断面積 抜粋

例 強度区分4.8のM10並目ボルトの時

 降伏点応力の70%の時の応力=320×0.7=224N/㎟

 降伏点応力の70%の時の軸力は   224N/㎟×58㎟=1300N

締付けトルクは    ≪0.2×13000×10÷1000=26.0N/m

となります。

 

ボルト/ネジを緩める時のトルク

緩める時のトルクは時間によって変化する場合があります。

①締付けて直ぐに緩めた時

締付けた時の70~80%のトルクで緩む

②締付けて長時間放置(数か月、数年)した時

締付けたトルク以上のトルクが必要

以上です。

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