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皿バネ座金の材質選択に迷っています | 質問
- ねじを締結するにあたり緩み止めとして皿バネ座金を使用したい。母材はアルミでネジはSUS。皿バネ座金の材質でSUSと鉄製のどちらが良いか迷っている。
- 母材はヒータと接触し、350℃まで上昇する。緩み止めのためにはどちらの材質が有利なのだろうか。
- 皿バネ座金の材質選択に迷っている。緩み止めに最適な材質は、アルミとSUSの組み合わせの場合はどちらが良いのか教えてほしい。
- 機械設計
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再出です。 やはり、問題の内容が伝わっていませんね。 皿バネ座金を使用すると緩み難くはなりますが、根本的な対策にならない恐れがあります。 それは、皿バネ座金を使用する場合でも、 ? 振動等がある場合は、緩み難くなりますが、緩みます。 ロックタイト等の簡易耐熱性接着剤を使用する方が、有効的です。 また、常温で規定トルクで締付け、350℃にするとアルミの方が熱膨張で嵩が大きくなり、 SUSのねじに引張荷重を与え、規定締付トルクによる軸力＋アルミとSUSの熱膨張率の差に よる軸力がSUSねじに加わり、アルミの雌ねじを塑性変形させているかもしれません。 そして、規定締付トルクによる軸力までSUSねじの軸力が低下し、常温に戻って、殆どSUS ねじの軸力がなくなり、緩みの原因になっている可能性があります。 ? その場合は、皿バネ座金を使用することは、有効です。 ですが、アルミのねじが既に塑性変形を起し、破断寸前になっているケースもあり、 要注意です。 <追記で、熱膨張率の差での影響を考察してみます> 以上から、根本的な対策を講じた方が、ベターと考えます。 記載が遅くなりました。 A2-50のボルトを使用していると仮定しますと、耐力値は210[N/mm^2]。 http://www.yura-sansyo.co.jp/knowledge/MENU04.htm <?ねじの最大締付けトルク（強度区分別）参考 にて、> 保障加重応力は、降伏点又は耐力の88%～94%に設定された荷重(保証荷重応力比)の値であり その荷重をボルト、小ねじにかけ15秒間保持し永久伸びが生じてはならない点の応力なのだが、 ここは、耐力値の210[N/mm^2]とします。 また、SUSねじの軸力を受ける長さを100[mm]とし、SUSねじで固定するアルミも100[mm]とする。 常温でのねじ締付トルクでのねじ軸応力を耐力値の210[N/mm^2]とします。 すると、その伸び量λ[mm]＝耐力値：210[N/mm^2]×100[mm]÷193000[N/mm^2]＝0.109[mm] 一方、熱膨張での伸びは、350℃－常温20℃＝330℃の温度差で計算をして、線膨脹係数は 他の回答者さんの記載のアルミ；23.6×10^-6、ＳＵＳ；17.3×10^-6を採用する。 その差は、6.3×10^-6で温度差330℃で、長さが100mmなので、その伸び量は0.208[mm]。 以上から、SUSねじは350℃にアルミがなった場合、熱伝導率が少し悪いSUSねじは、その温度に 達していないかもしれません。 ですが、達していると考えても、SUSねじは締付トルクで0.109[mm]伸び、350℃上昇で0.208[mm] 伸び、塑性変形を起し、弾性の伸び量は0.109[mm]になります。 そして、機械が日常停止等で、温度が常温に戻った時、0.208[mm]－0.109[mm]＝0.099[mm]の 隙間が発生します。 軸力が働いていない状態となり、ばね座金の力で辛うじて、小さな軸力を維持している状態です。 以上からも、アルミの雌ねじの強度確認をして、問題があれば部品交換しても恒久対策が 必要となる筈なので、是非確認をしてください。 追記内容から、皿バネ座金の力(ねじ軸力へ作用する)、大きさ(アルミに掛かる面圧)、たわみ量 (左程大きなねじ軸方向での伸びはないので、あまり重要ではない)、等々の計算方法が確認できる プロセスが見い出せます。 今回は、 ア）皿バネ座金を用いて、締結軸力を維持する イ）接着剤系の緩み止めを用いて、緩み止め対策をする ウ）アルミの雌ねじへ、問題ない軸力が加わるように配慮又は確認する 問題が確認できれば、雌ねじの長さやねじ本数を見直す必要がある となりそうです。
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やりたいことを聞いているとノルトロックワッシャーが適している気がします。 年明け発売のXシリーズのSUSがよさげです。 数回程度は再利用できる感じです。また、接着剤系と違い残渣が出ないので再取付も簡単です。 初期には2枚のワッシャーが糊付けされた状態なので350℃だと最初は異臭がするかもしれません。 (糊を落としてからの仕様をお勧めします。) ただ、ちょっと高いです。
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ご回答ありがとうございました。 ノルトロックワッシャーも検討しましたが、 如何せん、今回はザグリ穴で固定する、 ボルト頭は出てはいけない、 追加工ができないなど の制約があり、 却下いたしました。 アドバイスありがとうございました。
絶対に緩まないネジは無い・・・のです 皿バネ座金でもダメなら、耐熱性ロックタイトとかも有るようす ↓のような緩み止めをも頭の端っこに置いておいたほうが良いだろう お薦めは、URLカタログ→↑のφ2穴にsusワイヤーで結ぶやり方です
お礼
ご回答ありがとうございます。 ロックタイトも考えたのですが ヒータ交換の際 部品を分解しないといけませんので その時、相手がアルミなので ネジがはずせないとなると困るので やめました。
> そこで皿バネ座金の材質を、SUSと鉄製のどちらが良いのか迷っています。 SUS製の方が好ましいですが、マルテンサイト系ステンレスであれば、防錆上であまり 差が出ないので、どちらでも構わないと考えます。 緩み止めに関しても、皿バネ設定値又は選定方法が大きな要因なので、材質では判断がつきません。 只、鉄製の方が市販品の種類が多い理由で、SUS製の方が好ましいが、鉄製となる場合があります。 さて、緩み止めは、どのような仕様の皿バネ座金を選定し、どのような仕様でのねじ締付け (トルク)にするかが重要です。 規定トルクで締付けますと、350℃になった場合には軸力がアップする方向なので、 アルミの雌ねじに負担が掛かります。 また、SUSねじ強度＞アルミの強度であれば、雌ねじをねじ径の1.5～2.0倍にするか、 ヘリサートを用いて実質ねじ径をアップさせるかの工夫も必要です。 皿バネを使用しての緩み止めより先に、前述の内容を詰めた方が緩み止め対策となります。
お礼
ご回答ありがとうございます。 材質では 錆以外あまり差がことなので SUSにします。 雄ネジに負荷がかかるのか。。。 知りませんでした。 すでに収めた装置の一部なので ネジ径は変更できないし 困りました。
線膨張係数。 アルミ；２３．６ｘ１０マイナス６乗。 鉄；１１．７ｘ省略。 ＳＵＳ；１７．３ｘ省略。 でゆくとＳＵＳ材かな？ でもアルミの高温での硬さ変化は３００度以上では相当低下します。 ボルトの緩み防止、そんなに簡単ではないです。 他の回答者さんの内容も含めテストするのが常套手段です。 １回加熱して冷やせば結果はすぐわかりますよ。 結果が出ない場合、温度を上げる。急速冷却（水を利用）したらいかがか。 宜しく。 緊急事態であれば平ワッシャーをアルミ側に１枚入れ、バネ座金と組み合わせればいかがか。バネ座金単品によるアルミ側の陥没が防げると思いますよ。 又は冷熱数回後、増し締めする。
お礼
ご回答ありがとうございます。 現在、アルミの母材にザグリ穴を加工して SUSのボルトのみで締結しています。 ヒータのON、OFFつまり 温度の上げ下げによって ボルトが緩んでいます。 よって、皿バネを使って 緩み止め対策を考えていたのですが・・・・。 すでにお客様に納めている装置なので 実験する時間がないです。 SUSでいきますか。
ボルトを使用した締結で緩みは逃れられません。 鉄←→鉄の締結でも、初期の緩みは発生します、理由は座面陥没等です。 今回はアルミなら特にその傾向が顕著に出ると推察されます。 皿バネ座金は締め切らないと接触面積が極端に減少するので、ボルトはともかく アルミの雌ネジ強度が有るかが問題と思います。 過去に実験した結果は、ボルトの降伏点応力の９０～９５％の軸力で締める、 これが一番緩まない でした。 又、規定トルクで締めた後に、30度増し締めや、60度増し締め法も有ります。
お礼
ご回答ありがとうございました。 結局、皿バネ座金が締め切るには 鉄、SUSどっちらがいいのでしょうか？
＞締結する母材は、アルミです。ネジはSUSです。 ＞母材は、ヒータと接触しており350℃まであがります。 錆がどうとか面倒な組合せを避ける意味で、SUSねじを使う限りSUS皿ばね座金がセット。 アルミがそこまで耐熱性が無いので、耐えるかも評価テストが必要です。試験時間は温度を上げて早めることができます。 ＞ボルトを締め切る観点からどちらが有利なのでしょうか？ スチールとＳＵＳの耐熱性ならＳＵＳ有利ですが、、 ボルトと皿ばね座金よりもアルミを考えねばなりません。 ＞１回加熱して冷やせば結果はすぐわかりますよ たしかに。温度サイクルという考え方。回数は実使用で何回上下するかを想定します。試験はそれより厳しくして回数削減。 ＞マルテンサイト系ステンレスであれば、、、、 無駄に行数膨らませて間違い http://kikakurui.com/b1/B1251-2001-01.html JIS B1251 ばね座金 オーステナイト系 SUS304、305、316 の３種だけでマルテンサイト系は無し。いや特注しろとか言い出すか・・・ ＞ロックタイト等の簡易耐熱性接着剤を使用する方が、有効的です。 ロックタイトの耐熱性はしれてます。高い品種で230℃。一般的なものは少し焙ればボロッと外れるので分解にその性質を使う。 それにこの質問は普通の振動によるねじ緩み対策の案件ではなく、ヒートサイクル問題。メカ的対策の回答（6）など効果的と思えます。 おれ知ってるヨ。点数頂戴。。。とばかりに誤った知識そのままで徒に余計なことを持ち出し行数稼ぐのが立派ではない。
お礼
ご回答ありがとうございました。 錆から考えるとSUSですが 母材がアルミなので ボルトを締め切る観点から どちらが有利なのでしょうか？
お礼
ご回答ありがとうございました。 大変たすかりました。 アドバイスを参考にして 実行してます。 ありがとうございました