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ボルト長さと締結力についての理解方法とボルト長の影響について
- ボルトの長さが締結力に与える影響について知りたい。
- 上司から短いボルトの方が強度があると指摘されたが、理論的な説明が欲しい。
- 逆にボルト長は長ければ締結力も大きくなるのか知りたい。
- プラスチック金型
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自身で物造りをする上で非常に興味深い質問だと思います。 自分の身の回りにある構造物を良く見ると・・・・ 結構、深く座ぐりが入れてある物も多いですね。 締結力はボルトのサイズや材質、そして締め付けトルクで決まる しかし、構造物の構造として見た場合はどうか？ 深く座ぐりを入れても機械的強度が満足出来れば問題は無いはず ボルトも全ネジを使うかどうかでも変わってくる 通常のボルトならネジ部はネジ径の3倍程度が一般的で 適正な深さでネジが 切ってあれると仮定すると、 破断はネジ部で起きるはずであり強度的には問題なしなのだが・・・・・ 緩みで見れば 一長一短で、同一の熱膨張で無い場合は破断や緩みの元凶となりえる。 加工の観点からも一長一短だが 短いボルトに分があると考える 座ぐりが深くなれば時間が掛かるが、ネジの倒れとしては加工精度は楽である。 Ｍ６で計算すると 50mm厚の締結で通し穴6.5mmだと角度(倒れ)の誤差として0.268° 25mm厚の場合だと0.573° 座面もエンドミルで突っ込み加工すると平面では無い ネジ部だけにとらわれずに全体の強度(剛性)と見た場合は 色々な方向から応力が掛かると想定すると てこの原理とボルトの伸びで長いボルトの方が弱いと考えるが？ 機械屋のネジの締め方は弾性変形いっぱいまで締める事が多いと思う この締め方だとボルトは短めの方が気持ち良く締められる。 私は 上司の方の説に一票です。
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自信が無いですが。 ボルトの使い方をせん断力によって材料自体を結束するのか、ボルトを使用して材料の摩擦力で接合するのかによって変わってくると思います。せん断力で材料自体を結束する場合は確かに曲げモーメントが発生する為、接合地点からの距離が遠ければ遠いほど曲げモーメントが大きい為、座面を深くすると効果があるかもしれません、またはボルトの直径を太くする事によって改善されるかもしれません。 高張力ボルトを使用して接合する材料自体の摩擦力を利用して接合する場合は、ボルトの張力に比例する為ボルトの直径と材質に影響される為、座面の深さは関係なくなると思います。 接合の方法が摩擦接合かボルトのせん断力で接合するかが分かれば答えが出てくると思います。
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回答ありがとうございます。 使用方法により短いボルトの方が良いということですね。
締結力だけ考えれば、作用・反作用の考え方からボルトの長さとは関係ないと つまり、ボルトの軸力≒締結物を締め付ける力になると私は考えますけど 「長いから強い」とか言うのは、案外と漠然とし過ぎる言い方に思えます ボルトが長ければ許容出来る、ひずみエネルギーが大きくなると言えますよね よって、長いから強い→大きな、ひずみエネルギーを蓄えられるが本当かも ネジ底で細くしたボルトの方が通常の半ネジよりも「強い」のに似ているかも
お礼
回答ありがとうございます。 伸縮作用＝締結力だと間違った理解をしていました。 軸力＝締結力ですね。
Question1 ボルト長の長い方が、適正トルクで締め付けた際、伸縮作用(バネ作用？) により締結力が大きいという理解をしています。(あってますよね？) Answer1 正確には、NOです。 ボルト長さの長い方と短い方を適正トルクで締め付けた際、伸縮作用(バネ 作用？)により締結力は同じですが、ボルト長さに比例したボルトの伸び量 は、ボルト長さの長い方が大きく、ボルト長さの短い方が小さいです。 さて、ボルトの緩み対策は、ボルト長さを長くして、ボルト伸び量を大きく した方が効果的です。 その理由は、技術の森 No.31032を確認下さい。 また、Answer1の理由は、2.1.2 材料の引張り強さ“応力とひずみ”を確認 下さい。ボルトのトルク（締める） ⇒ ボルトの軸力に変換（長さに関係 なく同じ）⇒ 軸力（kg）÷軸断面積（mm2）＝応力（kg/mm2）<応力も長さ に関係なく同じ> ⇒ 伸び量（代）はボルト長さに比例する、が理解でき ます。<技術の森 No.31032の回答（５）にある資料；軸力とトルクの関係 と ねじ緩みの関係を 要確認 を確認すると判ります。又は、その資料 の ねじとトルクの関係式 等々を確認すると。>
お礼
回答ありがとうございます。 伸縮作用＝締結力だと間違って理解していました。 伸縮作用大は、すなわち緩み難いですね。 参考資料もありがとうございます。 勉強させてもらいます。
同じトルクで締め付けていれば、締結力(軸力)は変わりません。 伸びる部分が長ければ、ばね定数が小さくなるため、座面が陥没したとしても軸力の変動は小さくて済みます。
お礼
回答ありがとうございます。 ボルトの長さに関係なく、締結力が変わらなければ ボルトは長いほうが良いということになりますね。
間違っていたら「ごめんなさいですが」 ネジ部の強度は一定以上の長さには関係ないです。 ネジの強度はネジ底からネジ外形までの強度で決まります。 引っ張りが加わる軸部とネジ部を比較すると、ネジ底部のネジ断面積の総計がネジの谷底径を超えたら後は不要な長さです。 ネジ底部でのﾎﾞﾙﾄの引っ張り強度と ネジ底径の断面積ｘ素材の許容引っ張り応力＝ 軸部の強度 ねじ山の軸方向の高さｘ円周長さｘ素材の剪断応力＝1山分の強度 ＜ この部分の高さ 通常の目安としては呼び径の１．５倍ねじ込む、、、ですが。 適正トルク以上でで締められていれば、ボルトは伸びるだけです。
お礼
早速の回答ありがとうございます。 ＞適正トルク以上でで締められていれば、ボルトは伸びるだけです。 やはり"適正トルクで締め付ける"が、必須条件になるのでしょうね。 でなければ、ボルト伸び＝部品間のスキマという事でしょうか。
私も御社の上司の方と同意見です。ボルトが伸びる分だけ開いていると考えられると思います。実際に短いボルトに変更してバリが止まった経験も有ります。私も長いボルトの方が締結力が大きいという逆説が証明されれば今までの認識を改める必要が有りますので逆説にも注目させて頂きたいと思います。
お礼
早速の回答ありがとうございます。 ボルト伸び＝部品間のスキマ 確かに一理有り。 当社の上司は、定年間近のベテラン。 アドバイスは過去の経験の裏付けがあっての 物なのかもしれません。 webさんの実例も無視できません。
お礼
回答ありがとうございます。 確かに現場を見ていると、ボルトを締めるのに、 レンチで目一杯、さらにパイプを使って増し締め と、トルクレンチを使用している場面を見たことが ありません。(一応トルクレンチはあるのですが・・・) 私も研修の折、M5のボルトをねじ切った経験 があります。 そう考えると実的に、短い方に分があるのでしょうか？