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ボルト破断と締付けトルク
- ボルト破断と締付けトルクについて調査しました。
- Ｍ３０ボルトの強度と適正締付けトルクについて考察します。
- ボルト破断の原因として初期締付け力の不足と疲労破壊を考えます。
- 機械設計
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ボルトの初期の締め付けが十分でなく１本か２本に緩みが発生したため緩まなかったボルトに計算以上の負荷が集中したことも考えられますよね （初期の締め付けが小さかったなら逆にボルトに発生した初期軸力は小さかった可能性があるのでこれは逆にボルトにとっては有利に働いていると思います．） いずれにせよ疲労限度まで使用する設計としては衝撃荷重や不等荷重を考慮するとそれほど大きな余裕のある設計ではないかもしれませんね またハイテンのM30ともなると人力で締めるのは大変ですよね．簡単でいいならパイプでもいいでしょうしいっそのことS10Tのボルトを使ってシャーレンチで締め付けるなどもできます． あと倍力レンチ（パワーレンチ）というのもあります いずれにしてもスペースは必要になりますが・・・・
＞また、Ｍ３０の場合、適正締付けトルクを計算すると１８０ｋｇｆ・ｍくらいになってしまうのですが、本当にそのようなトルクで締め付けないと十分な軸力を得られないのでしょうか？ 締付けトルク管理は基本の中の基本です。 ボルトの材質にもよりますが、高力ボルト(強度区分１０，９）ではご記載の 締付けトルクは間違っていません。遵守されなければ軸力は得られません。 しかし締めすぎても不可となります。 念のため。 参考に当方の資料では、ねじの疲労限度は８.７kgf･mm^２です。 振幅荷重は５.２kgf/mm^２。但しバネ座金利用。 従ってねじ径の選択としては間違っていないと思います。 ただ、六角穴付ボルト使用ということで、ボルト座面のへたれ 等はないでしょうか。レンチは自作するしかないような感もします。
お礼
ご回答ありがとうございます。 資料も教えていただき大変助かっております。 当方は、普段せいぜいＭ１２位までしか使用していなく、Ｍ３０クラスのボルトの扱いについて経験が無かったので、ご回答に感謝しています。 180ｋｇｆ・ｍなるトルクで締め付ける工具はどのようなものなのでしょうか。やはり長いパイプをレンチに引掛けて締めるんでしょうか？ 度重なる質問で恐縮ですが、お時間が有りましたらよろしくお願い致します。
質問の情報のみで真面目に破断原因を考えるのは無理かと・・・ ５tの力といっても作用方向もわかりませんし、ボルトの材質や使用環境、使用方法、追加外力以外にボルトが通常受けている力、実際の外力が作用するサイクル、破断までに経過した時間や外力作用回数等必要と思います。 頂いた情報より手持ち資料で分かったことを記載いたします。 ・ボルト破断事故で最も多いのが疲れによるもの。 ・一般論としては強度区分が高くねじ径が小さいほど疲れ限度が高い ＝破断しにくい 手持ち資料によると Ｍ30並目、10.9の強度区分の疲れ限度推定値 ：4.4kgf/mm^2（12.9も同じく4.4kgf/mm^2） また、疲れ限度は強度区分10.9以上は引張強さの10％以下 ・疲れ限度は締め付け力により変わる →締付力を変えて行った疲れ試験結果からすると、 締付力が耐力の40％を下回ると疲れ破壊する つまり、締付力が低かったり、ボルトがゆるんだりすると ボルトの内外力比が大きくなり、その値がボルトの疲れ限度を 超えるとボルトが疲れ破壊を起こす。 ・疲れ破壊に対する注意点等 六角穴付ボルトの様に高強度のボルトは管理された締め付けを実施しないと 破壊事故につながります。 初期締付力が低いとボルトは緩んだ状態に置かれ、疲れ破壊を起こす ことケースが想定されます。 同じ荷重を受け持つ場合、太いものを少ない数使うよりも 細い径のものを沢山使う方が有利。 これは同一強度区分の場合、ねじ径が細い方が疲れ限度が高いと 言われていることより。 転造後熱処理より熱理後転造の方が疲れ強さで有利。 細目ねじを使用する。 有効断面積が並目より大きい分有利との理屈。 繰り返し外力に対してボルトが受け持つ内外力比を小さくする。 おねじとめねじのはめ合い長さを長くする。 ・疲れ破壊したボルトの特徴 破壊位置はおねじとめねじとが嵌め合っている第一山目付近がもっとも多い ねじ部に引張り試験による破壊の様な伸びがない。 軸線に対し直角に破断している。 破断面は平らで、貝殻上の縞模様（ビーチマーク）をしている。 ちなみに、ねじり破断したものは、延性破面の特徴である 収縮が起きており、軸心からねじりが発生してねじ切られている。 シリンダメーカと同じサイズのボルトを使用していますし、 ボルトの使用方法・取付も特に特殊でないとすれば 上記より初期締付力不足により通常より疲れ破壊を起こし易くなり 破断したのではないでしょうか。 ボルトの破断に関しては、破断面やボルトの破損状態を観察することにより 破断原因を推察できる様ですので、近くの専門家や当該事例に詳しそうな 方に破損したボルトを見て頂き勉強するのもよいと思います。
お礼
ご指摘ありがとうございます。 使用条件等を追記いたしました。 また、時間が有りましたら、ご指摘等よろしくお願い致します。 いまさらですが、追記のご回答ありがとうございました。 追記されていることに気づきませんでしたので、このような数ヶ月遅れの御礼となってしまいました。失礼致しました。 この件に関しまして、やはり初期締付け軸力不足による被締結物の遊離、及びそれに伴う応力振幅の増大によって疲労破壊したと結論付けました。 摩擦係数次第ですが、Ｍ３０（１０．９）の場合、当方の計算では適正締付けトルク≒220ｋｇｆ・ｍであり弊社にはその締付けを行える道具は有りません。 また、外力による遊離を避ける為の最低締付けトルクが約50ｋｇｆ・ｍと算出しましたので、このトルク前後、又はそれ以下での締付けが行われていたことが十分考えられるので、前述のような結論を出しました。
お礼
ご回答ありがとうございます。 確かに４本が均一に締付けされているとも限りませんからね。 ご指摘されたパターンについても計算、検討してみます。 レンチの件、ありがとうございます。上司や現場に紹介してみます。