ボルト締結部の設計

止めねじ

丸先

相手面に120°程度の浅い座ぐりをいれれば止めの効果は大きくなる

 

棒先

相手面にH11〜H12の穴をあけて先端部を押し込む

 

とがり先, くぼみ先

90°の座ぐりを行い、ねじ先端部を座ぐったくぼみにはめ込む

止めねじを2本使用する場合にはタップ穴を90°にあけるのがよい

 

 

ボルト径の決め方

引張りのみの荷重の場合

計算例

 (mm)

   W:  荷重 (kgf)
  σa: 許容応力 (kgf/mm2) 

W=1000 (kgf)
σa =75.6 (kgf/mm2)

 
    =5.14 (mm)
    =6 (mm)

引張りとねじり荷重を受ける場合

 

 (mm)

W:荷重 (kgf)
σa:許容応力 (kgf/mm2)

 

 

許容応力の決め方

強度区分(JIS B 1051,1052)

計算例

例 12.9

12:引張り強さの最小値が120 kgf/mm2であることを示す

9:降伏点または耐力の最小値が引張強さの最小値の90%であることを示す

降伏点の計算

σy =120*0.9
=108 (kgf/mm2)

強度区分の選択
強度区分の選択には理論的な裏付がない
基本は、安全を考えてなるべく高強度のボルトを選ぶ

推奨は強度区分8.8あるいは10.9のボルト
12.9は遅れ破壊の恐れがあるので避ける

8.8と10.9両ボルトについて、使用したとき強度上問題ないかを検証し、最適な方を採用するのが理想

単純引張の場合の許容応力

計算例

σy:鋼製ボルト・小ねじの機械的性質の下降伏点または耐力

σy =108 (kgf/mm2)

 σa =0.7*108
    =75.6 (kgf/mm2)

締付けトルクを考慮する場合

計算例

σy:鋼製ボルト・小ねじの機械的性質の下降伏点または耐力

σy =108 (kgf/mm2)

 σa =0.53*108
    =57.2 (kgf/mm2)

疲れ限度に対する許容応力

σwk:疲れ限度の推定値

σwk:疲れ限度の推定値

(kgf/mm2)

並目ねじ

強度

M4

M5

M6

M8

M10

M12

12.9

13.1

11.3

10.6

8.9

7.4

6.7

M16

M20

M24

M30

M36

 

5.8

5.2

4.7

4.4

4.2

 

 

ボルトゆるみ止めの設計

ボルトがゆるむ原因

1)  ボルトの締めすぎによってボルトに永久変形が生じて締め付け力が弱くなる

2)  振動による摩擦力の低下.振動があればゆるませようとする力は動摩擦係数で考えるべきであるが,動摩擦係数は静摩擦係数の約1/3位小さい

3)  座面の小さな凹凸のへたりにより接触面に僅かながらすきまができる

4)  外力による締め付け応力の増加に伴いボルトが永久変形(延び)を起こす

5)  その他,ボルトと締付け物の材質が異なる場合に,その部分に温度上昇があった時,熱膨張係数の差によって締付け力の低下をきたすこともあり得る

 

廻り止め

並目ねじよりも細目ねじの方がリード角が小さいのでより効果がある

1級ねじを使用するのも1つの方法

 

座金

被締付け物の材料がボルトの材料よりも弱い場合には,締付けによって圧縮の永久変形を起こすことも考えなければならない

その場合には締付け物の方にくぼみが生ずるから,大きな座金を用いて圧縮部の面積を大きくして圧縮側が弾性限界内に入るようにすることも1つの方法

 

 

ねじ部品材料の伸びの検討

ボルト締付け力と外力

鋼製ボルトの初期締付け力

 (kgf)

  As:ボルトねじ部の有効断面積 (mm2)
  σs:ボルト材料の降伏点 (kgf/mm2)

 材料の降伏点σsに0.7の係数をかけるのは,降伏点の数値を基準としたのでは永久変形を起こす危険があるから

As:ボルトねじ部の有効断面積

(mm2)

並目ねじ

M4

M5

M6

M8

M10

M12

8.78

14.2

20.1

36.6

58.8

84.3

M16

M20

M24

M30

M36

M16

157

245

 

 

 

 

ボルトの長さと伸びの関係

 (mm)

  σs:ボルト材料の降伏点 (kgf/mm2)
  l:ボルトの長さ (mm)

 

 

タップ穴の深さ 

タップ穴の深さはボルトがSS400で
被締付け物も鋼材の場合

  1.0〜1.25d

    d:ボルト呼び径

 

被締付け物が鋳物の場合

  1.3〜1.5d

    d:ボルト呼び径

 

被締付け物がアルミニウムの場合

  1.8〜2.0d

    d:ボルト呼び径

 

 

参考:新しい機械設計法/日刊工業新聞社
   機械要素のシステム設計/日刊工業新聞社