機械設計の機械要素、ボルトのねじ締めの問題

質問

機械設計の機械要素、ボルトのねじ締めの問題がわかりません。
ねじを回す力F、軸方向の力Q、リード角Θ、摩擦係数μ=tanρ、として
ねじを回す力F=Qtan(ρ+Θ)になるそうです。そこで導くための方程式を解く際に納得がいきません。
ねじを締めていく時、上向きを＋にする理由がわかりません。「ねじを回すと物体を押し上げる方向に力が働く」から上向きを＋にするそうです。物体とは「おねじ」ですか？「おねじ」だとすると、締めていくのに、「おねじ」が上向きに力が働くのはおかしのでは？ねじを締めていくのだから下向きに進んでいくんじゃないですか？参考として緩める時は、逆向きの下向きを+にします。
参考文献は「機械設計法 森北出版株式会社 林則行 冨阪兼嗣 平賀英資 著書 2163円」の25頁です。

回答No.1

hssteadd · ベストアンサー

ネジ穴に、上から雄ねじを差し込む形でいいですよね？

雄ネジと雌ネジでかみ合って擦動している面は、雄ねじの歯の上面と、雌ねじの歯の下面ですよね。
ネジを締めるとき、雄ねじの歯の上面が上方向に押し付けられているんです。

雄ネジだけをとりだして、締め方向に回し続ける様子を横から見ると、斜線状に並んだ歯が上に進んでいくように見えるでしょう？床屋の看板のイメージ。
この進んでいく歯を、雌ねじの歯が受止めて力を及ぼすのです。

ネジを回したときにネジ頭が進んでいくのは、雌ねじから受ける反作用なので、惑わされてはいけません。
力を考えるとき、動きを考えてしまうと惑わされやすいです。
動いているということは緩んでいる状態なわけですから、力が掛かっている様子を正しくイメージできていない可能性があります。
どうしても動きでイメージしたい場合、スプリングを挟んで力をかけながら動いていくイメージにすれば、どこにどんな力が掛かっているかを見失いにくいかもしれません。

本当は＋か－かは式全体のつじつまが合っていればどちらでもいいのですが、
「力が作用している点での力の向き」に着目している事に注意してください。
ここで着目しているのはネジの歯の部分です。
「ネジ頭と固定対象物」の部分に着目すれば頭が進んでいく方向に力が掛かっています。