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Ｗネジ必要長さの計算とは？
- Ｗネジの必要長さを計算する方法が分からない
- 金型に取り付ける各種インチネジで引張力がかかっている
- 許容面圧力やネジ山の短縮についての情報が不明
- 機械設計
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条件だけが独り歩きして、奇怪に感じます。 小生は、S45C材を使用で、S45C丸H材程度の硬度があり、ねじ強度区分6.8 相当品と推測しただけです。実際は、貴殿が簡易硬度計で、各材料の硬度 を測り、『硬度換算表』にて引張強さに換算して、ねじの強度区分を確認 する事が大切です。 また、応力は本来N/mm2表示ですが、Ｔ（トン）表記もあり、約1/10換算 で、60kg/mm2×0.8＝48kg/mm2が許容応力（降伏点）となりますから、480 MPaを代入すると良いでしょう。(安全をみて1/2の240MPaとしても可です) と記述しました。これは、S45C調質材は、ねじ強度区分6.8と8.8の間に 引張強さや降伏点があり、ねじ強度区分6.8としただけで少し余裕があり ます。それに、1/2の240MPaとしても可の記述は、“各種インチネジに金型 を取り付け、引張力がかかるような作業をしています”の仕様なので、 20T＋αの荷重が掛かる場合があればの記述です。 最後に、ねじの谷径断面積からの荷重計算ですが、 π/4×21.33mm＾2×48kg/mm2＝17151kg＝17.151T（トン）となりますが、 確か、貴殿が記しているサイトの計算欄下方に、その確認内容もあるので 確認下さい。 但し、多分20Tが安全を観た数値と考えますので、問題はないと思いますが。 その理由は、ねじは既に使用していて、ねじ込み代の確認をしているだけ ですよね。 背景が判りました。ねじ込み量は、 ◆ 17.4mmは、17.4mm/25.4mm×100％＝68.5％で、約2/3強 ◆ 8.7mmは、 8.7mm/25.4mm×100％＝34.3％で、約1/3強 なので、ねじの法則から考察しても、17.4mmが妥当です。 外径の2/3以下にしますと、ねじ山の強度が心配になりますので、 240MPaで計算した結果で、約18mmをねじ込み代にしたら良いのではない でしょうか？
ちょっと待ってくださいよ 単に20tonfの荷重（196KN）が引張りのみ、掛かった応力を計算してみると W=π/4*d1＾2*σt→σt=196133/π*4/d1＾2=196133/π*4/21.33＾2=548.88MPa！ これは、S45C-Hの降伏点480MPaより大きいんじゃないですか？？壊れますよ 許容引張応力を480*0.3≒140MPaとした場合なら、W=50.0KN≒5,100kgfになる このW=50.0KNと,p=3.175,q=40MPa,d=25.4,D1=21.33を例の式に代入し L=(4*w*1000*p)/(3.14*q*(d*d-D1*D1))=26.6＜35mm：現状・・・OK 許容面圧qを軟鋼・締付用のq=30MPaにすると、35.4≒35mm：現状通り 最後に、20tonfの荷重は、もし、ねじ4P分ならば丁度計算上は妙に合います 安全率を幾らに見込むかという問題になると思います 一番厳しいと思われる圧力容器ではボルトに対する許容応力が決められてます S45C-H、0-40℃で最小引張強さ690MPaに対し、許容応力122MPaとなっています 690/122=5.656→つまりこれが安全率ですが、降伏点基準ではその約80%として 5.7*0.8=4.6になりますから1/4.6≒0.22→これを0.3と更に大きめにしてます まとめると許容応力＝降伏点x0.3ということですが安全過ぎるかも知れません 最後に安全率は、使用環境などで独自に適宜に判断されるものでしょうから あくまで私が回答したものは、かなり安全側に考えた参考程度にしてください また現物を良く見ることですね。限られた情報で計算することは難しいです
お礼
いろいろとありがとうございます、すいません勉強不足説明不足で、 実際には機械全体に４０Ｔの力でモーターがパイプを引っ張っており オス金型、メス金型、フレーム、チェーンに力が分散していると思われます 検証はしておりません 簡易計算はしているようですが実際のところは不明です そこで目安として半分の２０Ｔを引っ張り力と仮定し計算をしてみましたが どうもおかしいということでご相談したわけです 今回は皆様に色々と教えて頂いたにもかかわらず 逆にご迷惑をおかけしてすいませんでした。 実際にはW3/4・W1/2・・・・でも同様に作業しております。 負荷量は引っ張るパイプにより異なるようですが 条件が分からないまま質問申し訳ありません 上記計算によって３５ｍｍ設定とメーカーが設定したのかも知れないと 思っております まずは実際にかかっている力を把握してから上記計算を検討しないと いけないかもしれません 最後に許容引張応力を480*0.3≒140MPaという所の意味を教えていただけると幸いです
前回答で「60kg/mm2×0.8＝48kg/mm2が許容応力となりますから、480MPaを」 とあるが、ねじ強度区分の6.8であれば、600Nx0.8=480MPa：【降伏点】です ※締付用硬鋼めねじ許容面圧は、便覧にあるように40MPaが妥当ではないか？ 単に、ねじが引張荷重のみ場合の許容応力と、締結を目的とした場合のもの とを同じにすることは危険ではと思う。何故なら、締結する場合にはネジリも 加わるしネジ面に摩擦も生じるので、齧りの心配もしなければならないから 従って、金型にネジをしっかり締結すると想定し、ここは締付ける場合で回答 そうして再計算すると、ねじ長さは例のサイトを使い、105mmとなりますね
お礼
許容面圧ですがいくつにしていいものかは未だわかりません。ただし現在35ｍｍＬで使用しており問題ありませんのでそういった意味では40Ｍpa よりは４８０（安全を見て半分の２８０）Ｍｐａを代入しｗねじ長さを計算し８．７ｍｍという数字があっているのではないかと推測しております、実際に制作し試験後ご報告させていただきます
ねじは機械工学や材料力学の基本的な内容を、習得するには良い教材です。 そして、そのねじは、計算しなくても、同じ材質の物では、ねじ呼び径 （外径）＝ ねじ込み長さであれば、ねじ自体の破断強度より上となり、 ねじの首下径破断で破壊します。 ねじ呼び径≒ナットの厚みが良い根拠です。≪本来はナットの厚み×0.8≫ 以上により、S45C製のＷ１インチねじの破断強度を確認した上で、 ◆ Ｗ１インチは 外径25.4mm ◆ －８山は ネジピッチ3.18mm×8＝25.44mm なので、Ｗ１インチ－８山では、ねじ込み部が壊れるより、ねじ首下径 部分が破断します。因って、Ｗ１インチ－８山(25.44mm）の25.4mmを 長さにしても可です。 最後に、ねじのURLを数点記しますので、確認下さい。 そして、内容が確認できたら、この質問を閉じましょう。
お礼
そういった考えもあると大変勉強になります、実際に製作しているものが30ｍｍ程度の長さですので25ｍｍでもいいのですが金型交換の時間を短縮する一つの手として考えておりますので出来れば半分以下にしたいというのがあります、検討して進めたいと思います、ありがとうございました
貴殿の提供資料に、許容面圧は許容される面圧を入れて下さい、不明の場合 は15MPaを入れて下さい、との注記がありますが、15MPa ≒ 150kg/cm2 ＝ 1.5kg/mm2です。一般的な鋼材であるSS400の引張強さは、400～510N/mm2 （41～52kg/mm2）、降伏点は245N/mm2（25kg/mm2）以上です。その降伏点 の1/2を許容面圧としても12.5kg/mm2（約125MPa）ですから、15MPaは小さ 過ぎます。 さて、オネジ材質はS45Cで、多分丸Ｈ材（焼き入れ焼き戻ししている材料） なので、引張強さは 70～84kg/mm2、降伏点は 50～63kg/mm2です。これは、 ねじ強度区分の6.8に相当。≪貴殿の提供資料にもねじ強度区分有り≫ 因って、60kg/mm2×0.8＝48kg/mm2が許容応力となりますから、480MPaを 代入すると良いでしょう。（安全をみて 1/2の240MPaとしても可です） また、金型はハイス鋼？との記述がありますが、S45Cより高炭素鋼なので 焼き入れ焼き戻し処理するとS45Cより硬度が高くなり、引張強さや降伏点 も増します。≪硬度と引張強さは比例関係にある（硬度換算表を要参照≫ 因って、 q：ネジの許容面圧 ⇒ 240MPa、 d：おねじの外径 ⇒25.4mm D1：めねじの谷径 ⇒ 21.33mm、 W：引張り力 ⇒ 196KN P：ネジのピッチ ⇒ 3.18mm で計算すると、ネジの軸方向長さは17.4mm q：ネジの許容面圧を 480MPaで ↑ 、 ↑ 8.7mmとなります。
お礼
詳しい解説ありがとうございます。計算からの答えを元に製作する長さを早速、検討してみます。今回は詳しく教えて頂き本当にありがとうございました。
下記サイトに締付トルクおよびねじ軸力の計算方法が記載されています。 実際の数値を代入して計算してみて下さい。
サイトのソースを覗くと、下記計算式で計算されているようすでok (4*w*1000*p)/(3.14*q*(d*d-D1*D1)) w=196KN,p=25.4/8=3.175,q=15MPa,d=21.33,D1=25.4とすると227.8となったよ 許容面圧は軟鋼伝動用で、約10MPa，締付用で30MPaとなっているようです S45Cならもう少し上だろうが、引張強度の18％くらいで安全率をみて決める
お礼
いろいろとありがとうございます、すいません勉強不足説明不足で、 実際には機械全体に４０Ｔの力でモーターがパイプを引っ張っており オス金型、メス金型、フレーム、チェーンに力が分散していると思われます 検証はしておりません 簡易計算はしているようですが実際のところは不明です そこで目安として半分の２０Ｔを引っ張り力と仮定し計算をしてみましたが どうもおかしいということでご相談したわけです 今回は皆様に色々と教えて頂いたにもかかわらず 逆にご迷惑をおかけしてすいませんでした。 実際にはW3/4・W1/2・・・・でも同様に作業しております。 負荷量は引っ張るパイプにより異なるようですが 条件が分からないまま質問申し訳ありません