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M5ボルトの軸力と許容引張り荷重
2023/10/18 15:18
- M5ボルト(SCM435)の軸力は約5000～6000Nです。
- 一方、M5ボルト(SCM435)の許容引張り荷重は3119Nです。
- 軸力の方が許容引張り荷重よりも大きいため、締付けトルクでボルトを締めた時に既に許容引張り荷重を上回る力がかかってしまいます。
M5ﾎﾞﾙﾄの軸力と許容引張り荷重
2011/06/30 19:08
現在、M5ﾎﾞﾙﾄの強度計算をしているのですが、矛盾点が生じてしまいました。
M5ﾎﾞﾙﾄ(SCM435)の軸力ですが、締付けﾄﾙｸと軸力の関係式より計算すると、係数の値にも左右されますが、だいたい5000～6000Nとなります。他のﾎﾞﾙﾄﾒｰｶｰの技術資料を見ても、標準ﾄﾙｸで締めた時に発生する軸力は、それぐらいの値となっています。
一方、M5ﾎﾞﾙﾄ(SCM435)の許容引張り荷重ですが、機械分野では、許容引張り応力度σは、材料の引張り強さKt(SMC435だと95kg/mm2)÷4と決められているので、計算するとσ=23.75kg/mm2となります。
この許容引張り応力度からM5ﾎﾞﾙﾄの許容引張り荷重を計算すると3119Nとなります。
軸力と許容引張り荷重を比べると、軸力の方が大きい値となってしまいます。
軸力とは、あるﾄﾙｸでﾎﾞﾙﾄを締付けた時に発生する引張り方向の力だと思うのですが（この考えが×？）、この計算結果からすると、M5ﾎﾞﾙﾄを標準締付けﾄﾙｸで締めた段階で既にﾎﾞﾙﾄの許容引張り荷重を上回る力が引張り方向にかかってしまっているということになってしまします。（締めただけで破損？）
この考え方は誤っていますでしょうか？何方か詳しい方いましたら教えて頂きたく宜しくお願いします。
回答 （11件中 6～10件目)
回答（１）の者です。 お礼の内容である
≻ 引張り許容荷重については強度区分より求めればいいということが分かりましたが、
≻ M5ﾎﾞﾙﾄのせん断許容荷重についてはどのように求めればいいでしょうか？
≻ 引張り許容荷重に0.6～0.7かけた値となるのでしょうか？
に関しては、一般的にはＹＥＳです。
ですが、頭が痛い内容があります。
それは、“引張り許容荷重については”の書き出しにあります。
今回の質問の内容は、ねじ締めトルクから軸力を求め、それがねじの引張荷重に適合して
いるのかです。
それで、ねじ締め状態の特殊な環境でのアドバイスを≪ねじ強度区分資料≫を用いて説明
させてもらいました。
ですが、ねじ締め状態の特殊な環境以外の“ねじの引張り許容荷重”では、安全率を考慮
する必要があり、ねじのせん断荷重はねじ締め状態の特殊な環境とは別に切り離して考え
（ねじの引張り荷重÷安全率）である ねじの引張り許容荷重 の２/３（60～70％）
にしなければなりません。
それを、勘違いしないように考慮して下さい。
尚、ねじの簡単な使用方法（せん断荷重も出ています）のURLと、安全率のURLを添付して
おきますので、合わせて確認してみて下さい。
蛇足ですが、“4.3 ねじの強度”にも記載されているように、
できるだけ、ねじにせん断荷重が掛からない設計をしなくてはいけません。
具体的には、
☆ 焼き入れの平行ピンを２本セットし、平行ピンでせん断荷重を受ける構造にする
☆ 一部分を勘合構造にし、その部分でせん断荷重を受ける
等々です。
☆ 焼き入れの平行ピンを２本セットし、平行ピンでせん断荷重を受ける構造にする
に関しては、ねじがM5のように小さくて、且つ使用ねじ本数が２本程度と少ない場合です。
補足追記します。
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簡単に述べさせていただきます。?ものもとねじは部材の締結に用いるもの
である程度の軸力が確保されれば、部材間の摩擦で十分強度を保てるので、
ねじ自身にこの軸力以上の力は発生しません。
この場合は個々にねじの強度は検討しないように思います。
しかし?構造物における地震力に対する安全の確保や伝動部材に用いて繰返
し応力がねじに働く場合があります。この場合は詳細な確認が必要です。
?の場合と?の場合とはまったく考え方が異なります。許容応力のレベルに
ついても変わります。許容値に関して簡単には?短期?長期(繰返し荷重)と
区分します。一般レベルでは引張強さσBに対し?σB/3 ?σB/(4～8）と考え
ます。提示の安全率4は?に類するレベルと考えます。
ねじメーカーなどが一般に提示している値は?の実用レベルです。
「ねじ」に関するサイトはかなり多くて、間違った情報もあったりします
機械要素では最も良く使われるのですが、実際には奥が深くて意外にも難しい
従って、とてもこの限られた時間と場所だけでは説明も難しいかと思います
よって、☢ねじ」に関して興味があるならば↓参考URLのサイトがお勧めです
WEBラーニングを未だ無料で視聴できるようです。その中で「ねじ締付け」と
いう項目がありますので、☢ねじの世界の入口が見られるだろうと思います
上記は初心者にも分り易く他にも興味深いものが沢山で、私の★お宝サイト
ここのところ、仕事で忙しく疲れ果てて、見る機会自体が減ってしまっている
勉強できる時には、なるべく沢山の知識や工学文献を読んでおきたいものです
ネジの設計手順は一本道なのを、二つの資料を使って入口出口の両方から横目で眺めると迷う結果になります。
ネジについて、図も豊富で基本は判りやすいが適正トルク値の計算を省略しているから実用では結論が得られない資料。
http://www.nmri.go.jp/eng/khirata/design/ch04/index_j.html
迷った場合は、基本に立帰るべき。それは『2.1 材料強度の基礎知識』
http://www.nmri.go.jp/eng/khirata/design/ch02/ch02_01.html
引張強さ 降伏点 許容応力 安全率 について再度勉強
『表2.1 安全率の目安』 鋼は ３ を掲げている。
↑
＞材料の引張り強さKt(SMC435だと95kg/mm2)÷ ▼4▼ と決められている
＞M5ﾎﾞﾙﾄを標準締付けﾄﾙｸで締めた段階で既にﾎﾞﾙﾄの ▼許容引張り荷重▼ を上回る力が引張り方向にかかってしまっている。 ▼締めただけで破損▼ ？）
▼の部分に誤解があります。
安全率は４と決まっているわけではない。使用条件が厳しいときは 12 まで拡大すべしとなる値。
破壊する荷重 ＝ 引張強さKt を安全率４で割って 許容引張り荷重 としているから、それを上回る荷重でも破損はしない。
実用的なのは『ボルトの適正締付軸力/適正締付トルク』など手順が決まっているもの。
http://fa.misumi.jp/pdf/fa/p2849.pdf
これを理解するよう頑張れば、標準的なサイズは計算しなくとも表になっているし、条件が異なると予想された時だけ計算式に戻ればよい。
回答を立派に見せかけるが如く、ゴチャゴチャと資料を付けるのは、却って理解を妨げ良くない。といっても適当なものが見出せなければやむを得ないが。。。と今回は基礎／応用に使分けて２個。
もう少し分り易く言えるかなっと
ボルトの締付は、降伏点近くまでの応力になる位までに締付けますが、
何故なら、軸力が大きければ大きいほど緩みにくい締結になるからです
一般に、誤差等を見込みかつ塑性域にならなぬよう70～80％σypにします
一方、許容引張応力では、実際に加わる軸力が降伏点と比較し小さければ、
小さいほど安全だと言えるのです。一般的に、降伏点に対して1.5以上で、
吊用などでは、安全率5倍程度また、圧力容器でも4倍程度は取ると思います
従って、ねじ締付の場合は特別な場合と考えた方が良いと、私は思います
