自重によるボルトの緩み

Question

お世話になります。

台形ネジはセルフロック機能により、縦使いにしてナットに荷重を掛けたとしてもナットがすべり落ちることはないと思います。

ところで通常のボルトは一体どうなのかと気になりました（いまさらですが）。

摩擦角と傾角を調べて、摩擦角が傾角より高い値であれば落ちないなと思ったので、そういった表があるだろうと思って探してみたのですが見つかりませんでした。

M12のねじを縦使いにして、ナットに負荷をかけたときに、ナットがズレ落ちないことが証明できるか確認したのですが、摩擦角の表などは存在しないのであればどのように確認することができるでしょうか？

Accepted Answer

ねじの自立条件は約6度というのを真っ先に思い出さなければいけない。。。

長々と御託を並べるだけで肝心の質問に的確に答えられないようでは技術者と
しては失格だと思う。難しいことを分り易く難しいんだと教えられる教養も又
技術者としては必要である。なまじ表面しか齧っていなければ人に教えられん

↓参考URlには、何故に「6度」なのかと自立条件の説明もあり数段分かり易い

Simple is best. 極めていくと大概はここに辿り着くものです。

＞◆ 鋼－鋼　乾燥；0.4 … 0.8で
！ん？おかしいぞ？一般的に私の記憶では0.25位であったと記憶するが。。。
・・・・・・・・・
そもそも摩擦係数は素材の表面処理の状態や潤滑状態により大きく変わる。
だからネット情報だけを安易に示して公開するのは技術者としては遺憾である
JISでは、サンドブラスト処理などをして静止摩擦係数μ=0.4以上であることを
確認することも必要な場合もある。従って無処理で、0.4 以上は大き過ぎだ。

しかし↓のアポターでは情報が不足し誤った知識を多くの未熟な技術者に植え
つけてしまうことは大変に社会にとってはマイナスなことだろうが、これも
ネット社会なので自然淘汰されるのを待つしかないのが何とも歯がゆい。。。

※情報を提示するなら安易なネット検索とリンクの提示は厳に慎むべきだ。

回答(2)は要注意人物である。予め嘘？が混じっていることを覚悟するべきだ。

↓はオマケ自作のEXCEL計算sheetなのですが、内緒で公開しておくw。
このようにM12の並目ねじの自立限界が6°より小さく一般的に μ= 0.1 程度の
静止摩擦係数であれば自然に落ちることはないということにはなるがしかしだw
http://www.fastpic.jp/viewer.php?file=1830708729.jpg

SUS304-t9 No.1 同士にて試験的に実験結果から計算してみたらμ=0.3程度と
なった訳だ。。。まぁこんなもんかなっとは思っていたが少しだけ大きい感。

静止摩擦係数μ=0.4以上が初めから確保できるのであれば、ブラスト処理も
必要なくなるのだがw そうはいかない。ちなみに簡易的に↓で算出しよう。
http://www.makasaka.net/physics/masatu1/masatu1.html

鋼と鋼の静止摩擦係数をネットで調べても多くは詳細な仕様まで掲載がない。
設計環境に等しい条件を作り出して実機での測定することが間違いなさそう。
そもそも、こういった摩擦などは温度や湿度、粉塵、表面粗さ、油分などなど
が複雑に影響し合った上での現象であるから一概に0.15とかは言える筈もない

↓は最近お世話になったメーカーの設計資料である。
滑り摩擦係数が0.3とありますがコレは動摩擦係数(相当に低速）であろうから
静止摩擦係数はコレよりも幾らか大きいだろうと思われる。。。のだが？です
http://www.did-daido.co.jp/documents/jp/catalog/technicaldata01.pdf

静止摩擦だけを考えても厳密に解明されているのか？という疑問も残りますね

Answer

質問者さんには申し訳ないのですが、本旨とはずれるものの誤解を生むような発言があったので・・・

回答（２）追記にて

> ウォーム減速機も、“セルフロック機能”が一般的にあるから、
>
> ★ 入力軸から出力軸への力の伝達は可
>
> ☆ 出力軸から入力軸への力の伝達は不可
>
> となり、モータのブレーキ付き使用が不要となります。

“一般的に”という副詞でにげているようですが、ウォームギアが必ずしもセルフロックするものではありません。
（以前にもこのサイトで質疑されてます）

ある条件下においては入出力を逆にして増速することもできなくはないです。
とはいえ、増速手段としては条件を成立させることが困難なのと、他の手段（例えば平歯車を何段階か組むとしても）に比べ効率が劣ることから使われません。

Answer

再出。

小生の若い頃の機械設計便覧の記載内容と、今回ネットで検索する内容では、摩擦係数が
異なっています。

これは、最近の設計にて、若い者が摩擦係数の数値を持ってきた時に判った内容です。
ですから、最近の記載内容でのアドバイスとしております。

前出のURLの摩擦係数と、今回のURL摩擦係数の数値を比較してみてください。
古い設計便覧では、軟鋼＆軟鋼の乾燥条件で、0.15としておりました。（昭和49年の17版より）

小堀設計はデータ消滅、やさしい実践機械設計もリニューアルで前出データ値となっています。
最近の傾向は、責任が取れないので、大き目にですが、ねじの締付トルク⇒軸力変換では、
軸が破断しそうな感じにも見受けられますが、トルク値を調整し、ねじ頭部座面損失も加味です。

Answer

>>台形ネジはセルフロック機能
>>落ちないことが証明

そもそも
特殊？環境下では落ちちゃうので
その証明は間違ってます

振動実験とか←実際に見たことあるのはこれだけ
ヒートショックとか
スケートとか

摩擦＞滑りなら
で特殊環境下以外では滑らない
なら成り立つでしょうが

Answer

考察を逆にすると解りやすいですよ。

“セルフロック機能”があるから、ボルトは基本的には緩まないし、且つ垂直ボルト姿勢で、

ナットを掛けると自重でナットが回転しながら落下しないのです。

摩擦角 ＞ ねじリード角　なら前述の如くなりますが、“摩擦角の表など”は殆ど記載しません。

理由は、摩擦係数自体が不安定なもので、動摩擦係数と静摩擦係数でも異なりますし、

タップ時のグリースが少し残っている場合か否かでも異なりますから、誤って使用されても

責任が取れないので敢えて作成していません。

ねじ締付トルクが軸力に変換する効率でも、摩擦係数が関係していますが、これもまた同様に、

摩擦係数の事は触れていますが、実際の使用数値や条件は触れない事が多いと同じ理由です。

ですが、一般的な転がりではなく、滑り摩擦係数(鋼＆鋼条件下)では、摩擦角 ＞ ねじリード角

と必ずなります。

また、リード角や摩擦角の求め方はご存じでしょうから、URL３段目資料から、

◆ 鋼－鋼　乾燥；0.4 … 0.8で、最小の0.4を、actan 0.4で比較

◇ 鋼－鋼　潤滑剤あり；0.08 … 0.12で、基本的にはないが、万が一の場合のチェックが必要
　　　　　　　　　　　 小さくなるようであれば潤滑剤除去が必要です
　　　　　　　　　　　 但し、台形ねじや角ねじ使用で、搬送する場合にはナットにグリース
　　　　　　　　　　　 を塗布しますから、潤滑剤あり条件下の 0.08 … 0.12でも
　　　　　　　　　　　 摩擦角 ＞ ねじリード角 なるように台形ねじや角ねじはなっています。

ウォーム減速機も、“セルフロック機能”が一般的にあるから、

★ 入力軸から出力軸への力の伝達は可

☆ 出力軸から入力軸への力の伝達は不可

となり、モータのブレーキ付き使用が不要となります。

が、逆に手動で動かしたい場合には、ウォーム減速機とモータの接続を切り離す必要があります。

ボルトの緩みは、振動により摩擦係数が減少した結果と同じになる。
(傾斜で止まっているものでも、振動を与えると滑り落ちるのと同じ)
(不謹慎かもしれませんが、地震の地滑りや、熊本城の小さな余震での瓦落下も同じ)
それと、軸力(力)が一瞬なくなる、無重力状態に近い状態なら、摩擦係数は役に立たない。
(前述の現象説明とラップする内容も含まれます)

Answer

簡単に結論だけ云うと、台形ネジで滑り落ちないリード角なら、同じリード角の三角ねじの方が滑り落ちにくいということです。

摩擦角は、tan ρ'

ρ'＝(μ÷cos30°) ・・・６０度三角ねじの場合。

ボルトの緩みを防ぐ方法と確認する方法について