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引張りを受けるシャフトのネジ部の設計について
- 質問者は板材を圧縮する試験機の設計をしており、板材に支柱を締結したいと考えています。
- 現在の設計では、板材にめねじを切り、支柱におねじを切りかきをつけて締結する方法を検討していますが、ねじを切り始めたところに応力集中する可能性があるため、他の方法を模索しています。
- SUS440Cを使用した場合、ヘリサートを使って応力集中を回避することも検討されていますが、具体的な方法が分かりません。アドバイスを求めています。
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もう解決してるかも 恐らくみなさんは何に困っているか分らないと思いますので もしまだ困っている、悩んでいるようでしたら詳しくどう困っているか 示した方がいいんじゃないでしょうか 何も書かないと弱けりゃ強くすりゃいいと言われ 話が噛み合わず平行線かも 読んでも、上が良くて下が困る理由が分らない。 上がいいなら下も上と同じにすればいい・・・と普通はなるので それと、ねじによる応力集中がとゆう話は、全くどうしようもない 場合以外は、それに対し手を加えずにボルトサイズを上げて終了が 普通と思います。 応力集中がどうしても問題になるようですと、応力集中を緩和する 手を考える・・・普通そこまでしないとダメな場面はないと思いますが
ねじに引っ張りがかかると ねじがずる抜けます この計算下穴の円筒面でのせん断で求められます ヘリサート を 使用した場合でも ヘリサーとごとぬける場合があります 気をつけないといけないのは 六角穴付きのねじを 使った場合 穴の部分が薄いので 頭が飛びます ある耐久試験で M6(SUS 六角穴付き) 一本あたり 約1ton かかる実験中 ずる抜けのほうはもちましたが ← 上記のように ねじ山数で持たせた 頭がたまに飛びました まあ、実験用なので 問題なく使えましたが
提示の内容では試験の内容が不明確で、回答(1)さんと同様に的が絞れませ ん。(引張)試験機に板と支柱で構成する圧縮冶具を取り付けて試験を実施す るように推察されます。荷重試験用の冶具はある程度の剛性を持たせないと 荷重が分散して、試験の精度が低下します。試験用の冶具の破壊が問題とな るようなレベルに、通常は設定しません。単発的に所定の荷重だけ得られれ ば良いというような簡易な試験なのでしょうか？ いずれにしろまず、荷重のレベルを知る必要があります。所定の圧縮荷重を 試験用の冶具に加えたとき、どれ程の荷重が支柱に加わるのでしょう。 この場合支柱の弾性限界を越えるのでしょうか？支柱ねじ部の応力を計算し てください。提示の内容だと厳しいレベルにあるように思えます。 ねじ部の切り欠きが問題になるようなレベルだとしたら、設計改善が必要で す。材料の変更を含め余裕を持って設定すべきです。 ヘリサートについてはめねじ側の締結強度を上げることはできますが、おね じに対しては強度アップする要素はありません。切り欠きが問題ならその 感度を下げる形状を考えるべきです。
お礼
ご回答ありがとうございます。 回答（１）様のお礼の欄に試験機の構造を示させていただきました。 荷重は100kNです。 支柱ねじ部の応力は１つの支柱あたり、平均的に分散すれば 25kNなので、147MPaです。 ヘリサートについても今後勉強させていただきたいと思います。 追加アドバイスいただけましたら、光栄です。 お願いいたします。
＞支柱を板材に締結したいのですが, 支柱は試験機側の把持部材ですか？ ＞支柱が引張りを受けるため板材にめねじをきり, ……… 板材は圧縮試験をするのですよね、どの様な受圧・押圧機構ですか？ 試験材に加工を施すのですか、切り欠き効果で測定値に影響は出ませんか？ ＞支柱におねじをきり,切りかきをつけて締結する設計では, ＞ねじを切り始めたところに応力集中するのはわかりますが, ＞他に良い方法がわかりません。 此処で、疑問 、支柱は試験機側なら試験荷重に対してネグレクト出来る 位の強度・剛性を持たせるのが常道だと、思うのですが、試験機側に 応力集中が起き得るような試験機は信頼性が持てるのでしょうか？ 素材外径と同径のねじは当然切り欠き効果で素材以下の強度になります ＞板と支柱の材質はSUS440Cを使用する予定です。 材料選定は試験スペックが未提示なので判断は出来かねる ＞ヘリサートを使用すれば応力集中が回避できるなど考えましたが, ＞よくわかりませんでした． ヘリサートは、そもそも、母材強度が低い部材のねじ加工強化が 使用目的の本来のはずです、メネジ専用です 若しくは、破損したメネジの補修用です 試験機の部材は ＞SUS440C との事 たしか、自信がないが ヘリサートの材質はステンレス系だったと記憶しているのだが この質問の文言の意味が理解不能です ＞アドバイスお願い致します． Ｂ ↓ Ａ→ □□□□□□□□□□□□□□□□ ←Ａ ↑ Ｂ 試験部材にかかる荷重方向は Ａ Ｂ どちらの方向ですか 仮にＡとして □□□□□□□□□□□□□□□□←試験機部材 ｜ □ ｜ ｜ □ ｜ ｜ □ ｜ ｜ □ ｜ ｜ □ ｜ ｜ □ ｜←引っ張りねじ ｜ □ ｜ ｜ □ ｜ ｜ □ ｜ ｜試験材料→□ ｜ ｜ □ ｜ ｜ □ ｜ ｜ □ ｜ ｜ □ ｜ □□□□□□□□□□□□□□□□←試験機部材 ↑ 問題のネジ部（上面か下面かは解かりかねますが） 機構の提示が無いので何とも回答のしようが有りません アドバイスに成らずにごめんなさいね さほど、難しい機構では無いじゃないですか 最初に概要図があれば皆さん即答のレベルです 単なるねじプレス 軸力の最大値の２倍位に各構成部材の強度を 持たせればいいんじゃないかな 安全率に関しては回答者諸氏により 経験値の違いは出ると思う 加圧板・受圧板 ともに平面部材ではなく リブを入れてくださいね ４本の支柱はタイロッドタイプ 加圧ねじは台形ねじにして下さい 一番の難点は試験片を均等に押圧する事に有ると思う プッシュロッド先端部と押圧面にイコライザが必要 参考までに 故 西田 正孝博士の論文では 標準的なメートルねじ M6,M8,M10 を代表にして 採られたデータでは 最初の３山で約７０％の 荷重を負担するそうです
お礼
詳しい回答ありがとうございます。 試験は圧縮試験で、機構は □ □←おねじ □ □□□□□□□□□□□□□□□□←試験機部材 ｜ △□△めねじ ｜ ｜ △□△ ｜ ｜ □ ｜←支柱 ｜ □ ｜ ｜ ｜ □□□□□□□□□□□□□□□□←加圧板 ｜ ｜ ｜ ■■■■■■■■ ｜ ｜ ｜ □□□□□□□□□□□□□□□□←受圧板 ｜ ｜ ｜ ｜ ｜ ここにブロック ｜ ■←試験部材 ｜ ｜ □□□□□□□□□□□□□□□□ このようなかたちとなります。 これは正面図で、平面図は □□□□□□□□□□□□□□□□ □ □ □ ○ ○ □ □ □ □ □ □ ○ ○ □ □ □ □□□□□□□□□□□□□□□□ ○←支柱 □←板の外形 このような形です。 おねじを回すとめねじ側がこの図で上方向に移動 一番上の試験機部材と支柱は上の試験機部材に穴が空いており 支柱を通してボルトで固定。 M16を検討中です。 よっておねじが加圧板お押し、 受圧板はブロックによって固定されるため、 試験部材が圧縮を受けるという仕組みです。 試験部材に100kNの圧縮力をかけたいと思っております。 ここで質問にもどりますが、 一番下の板と支柱の締結です。この機構であれば引っ張りをうけると思います。 今は支柱におねじをきって、板にめねじをきっています。 支柱はφ20、ねじは今のところM16です。 説明が下手で誠に申し訳ありませんが、 追加アドバイスいただけましたら嬉しいです。 よろしくお願いします。 誠にありがとうございました。 今後の私自身、人生の大きな財産となりました。 ご教示ありがとうございました。
お礼
ご回答ありがとうございます。 ねじ山のせん断については ねじ山底の面積がπ×13.835×15で651.96mm2です。 100kNの荷重なので支柱が４本あって、 1本あたり25kN。 よって38.35MPa と計算いたしました。 詳しい構造も回答（１）様のお礼欄に記載致しましたので、 追加アドバイスいただけましたら光栄です。 よろしくお願いいたします。