振動環境下での部材締め付けについて
- 振動環境下において部材を締め付ける方法や考慮すべきポイントについて説明します。
- 振動環境下での部材締め付けにおいて、荷重計算や軸力の決定方法、初期緩みや軸方向振動の影響について解説します。
- 振動環境下で部材を締め付ける際に考慮すべき荷重の計算方法や軸力の決定手法、初期緩みや軸方向振動の影響についてまとめます。
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振動環境下における部材の締め付けについて
ある部材をボルトナットで共締めする際にボルト締め付けトルク、軸力、ボルトサイズの選定の仕方について質問させて下さい。 条件ですが、 ・部材は1kgとします。 ・x,y,z方向にそれぞれ±10Gの振動が加わります。 ・使用ボルトの強度区分は10.9とします。 どのような流れで考えたらいいのかわかりませんが、私が考えているのは、 １．まず、部材にかかる荷重を計算する。 3軸に荷重がかかるので、ミーゼス応力の式を用いて、合成応力(応力振幅)を求める。 ２.応力振幅に対して、安全率を含めて、必要な軸力を定める。 ここからどのように進めたら良いかわかりません。 また、初期緩みも考慮した方がよいのでしょうか？ 軸力による摩擦力で部材の固定をしているので、軸方向の振動の影響は考慮しなくても良いのでしょうか？ ご回答よろしくお願いします。
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一般的な考察をします。 ±10Gなんでボルト・ナットに掛かる荷重は、ボルト・ナットに掛かる重量の±10倍の 力が掛かります。 ＋10倍の力が掛かっても、ボルトの張力より小さい場合には、ボルトの張力には 影響を与えません。 －10倍の力は、加速度的にボルトの軸力を零に近くする恐れがあり、長時間その振動 を加えると、ボルトの軸力がなくなる＝ナットが緩む環境 となり、緩み対策をする 必要があります。 また、3軸に荷重がかかるので…なら、部材のズレｍ防止策も考慮が必要です。 理由は、軸力×摩擦係数が部材の接触力だからです。 他の回答者さんも含め、お礼と評価をして、閉じましょう。
失礼ですが、なんだかペダンチックな表現ではありますが、まるで 扇風機についてのお尋ねのようにも読めます。 ボルトをｚ軸、それと直角にｘ、ｙ座標をとることにします。 そうすると、扇風機ではモーター軸がｚ軸です。 ｘ軸とｙ軸には羽根の遠心力αＧ（α＝係数）がかかります。 さらにモーター軸、つまりｚ軸は前後に振動しますのでβＧ（β＝係数） の力がかかります。 このように扇風機の羽根には、ネジを戻そうとするトルクが働きますし、 前後の振動はこれもまたネジを戻そうとする働きをします。 対策として一般に採用されている方法は「左ネジ」にして、緩み止め防止 をする方法です。 ナットの緩みが気になるなら、ダブルナットにするとか、緩み止めの舌付き ワッシャを入れて回り止めをしては如何でしょうか。 浅学不才にして、ミーゼスの式がお尋ねの問題とどのような関係がある のか理解できません。 当方の考えが間違っていないとすれば、無関係です。
ねじの締付においてねじ軸力はその狭圧体との弾性的な釣り合いで決まりま す。一般にはこの関係をねじの締付線図として描き、この締付線図に外部荷 重の変動を重ねて、荷重による軸力低下が問題のないレベルであることを確 認します。極めて大雑把な話しをすれば、ボルト締付は材料の降伏応力に近 いところに設定します。軸力はこの初期の設定レベルに対して、へたりやゆ るみから半分くらいに低下すると考えておくべきです。±10Gの振動により発 生する軸荷重に対し余裕を持った設計が望まれます。考え方としては保持で きる荷重/ボルト１本が大体決まります(締付軸力の10～20％程度)から、ボル トの本数が設計上の要素になります。ただしボルトの強度は(軸力＋荷重)で 決まりますから、実際のレベルを厳密に計算確認しておく必要があります。 ねじの締付け理論についての解説資料を追記します。 http://www.tri.pref.osaka.jp/kankou/news/No82/news82.pdf
http://www.nmri.go.jp/eng/khirata/design/ch04/ch04_03.html 図4.35 せん断荷重を受けるねじ 図4.32 軸方向の引張り荷重 ↑静荷重で簡易的な構造物では有り得ても、振動荷重でこのような設計をして、ねじにせん断力が作用する使い方はマズイでしょう。 締付での摩擦力が横荷重に負ける状態、ガタガタ動きはじめ、静摩擦から動摩擦へ、間もなくねじが緩み、ねじに衝撃的せん断力が働き・・・破滅のシナリオ 必要摩擦力が得られるかの設計。心配なら凹凸の嵌込みを設け横すべりを防止する。 それで、ねじの設計は引張応力だけで考えてよい状態に持込むのが基本。 それでもこのような厳しい使い方では緩み止め対策を施す必要があるでしょう。
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