塑性域角度法によるねじ締結

質問

塑性域角度法で締結されたねじは再利用できないと一般に言われています。
ところが先日、大型トラック用エンジンの整備マニュアルを見る機会があり、その中では塑性域角度法で締結したボルトは、ボルト頭にマーキングを施して締結回数を3回までに制限しておりました。（というより3回まで許可していたというべき）

また、塑性域角度法で締結したねじは、締結後に軸方向に応力のかかるところには使用してはならないとされていますが、エンジンヘッドはモロそれに該当するような気がします。

この辺の理屈について教えていただけないでしょうか？
（文献かなにか紹介していただければさらにありがたいのですが）

回答No.3

noname#185790

自分勝手な解釈入りすぎだわｗｗ。
ちゃんと理解したければ、締結管理や自動車工学の専門書を自分で買って詠むこったな。高いよ。

万が一業界関係者なら、メーカー指定の手順だけは守ってね。
独創の新理論は、学界で発表するなりしてください。

以上回答終了。
貴方の御礼回答内容の正否には関与しません。
なたがどう曲解しようが自分でで新理論を構築しようが、同意も否定もしないと言う事です。

お礼

こんな論文がありました。
30年以上前に議論がつくされていたようです。

http://ci.nii.ac.jp/naid/110002348758

回答No.2

noname#185790

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%81%AD%E3%81%98%E7%B7%A0%E4%BB%98%E3%81%91%E7%AE%A1%E7%90%86%E6%96%B9%E6%B3%95
塑性域管理法で使用されたボルトは僅かに伸びますが、降伏点から破断荷重までは幅が有りますから、その間で3回までは使えると言う事でしょう。

＞締結後に軸方向に応力のかかるところには使用してはならないとされていますが・・・
正確には、締結後に軸方向に”締結力以上の”応力のかかるところには使用してはならない、　です。
ヘッドは最初から燃焼室の爆発圧力以上の締結力で締結されてるから、全く問題ありません。

お礼

回答ありがとうございます。
JISとwikiを眺めてだんだんわかってきました。（wikiはあまり良くないように思います。）

１．ボルトの再使用について
ボルトを3回再使用するには、3回で塑性域を使い切ってしまわないようにする必要があります。
そのためには塑性域の真ん中を狙って締め付けるのではなく、
塑性域の入り口（降伏点）近傍で締結を留めておくのが望ましいわけです。
（トルク勾配法がボルトの再利用に問題が少ないのはこのためです。）
塑性域角度法でこれを実現するためには、角度締めを開始するポイント、
つまりスナグ点を精密に管理する必要があります。
そこで、大型トラック用エンジンでは以下のような手間をかけています。
・予めボルトを仮締め／緩めるなどして馴染ませる。
・ボルトに潤滑剤を塗布して摩擦係数のばらつきを抑える。
（また、それなりに精度の良い（高価な）ボルトが使われているでしょう。）

乗用車用エンジンなどのようにオーバーホールを前提としない設計では、
ボルトの再使用は考慮しなくてよいので、上記の手間を省いてコストダウンを図るのでしょう。

２．軸方向に加わる応力について
ヘッドをボルトで固定し、エンジンを組み立てて最初に火を入れた時には、
燃焼（爆発）による圧力で、ボルトが僅かに伸びる（塑性変形）ものと思われます。
当然、ヘッドの部材に加わる圧縮力はその分低下し、適当なところでバランスする。
（もし燃焼による圧力がボルトの軸力を超えるようならバランスせず、
どこまでもボルトが伸びて破断するかブローする。）
エンジンが停止するとボルトの軸力は低下するが、そもそも「停止」しているので問題ない。

したがって、サスペンションに使用されているボルトのように、
加減速、コーナー等で応力が変動するにも関わらず、走行中には常に一定の軸力が求められるような
箇所には塑性域角度法は不向きということだと思います。

回答No.1

0405

回答が付かない様なので一つ。
すっきりした答えで無いし文献も示せませんが

塑性域角度法で締結したボルトは再使用出来ないと書いてある本もありますが
再使用前提でねじを設計製作し、締め付け条件を定めれば数回は可能なはずです

締め付け毎にねじが伸びる量×再使用回数＜ねじの伸びの許容限度
ならばＯＫではありませんか。

＞また、塑性域角度法で締結したねじは、締結後に軸方向に応力のかかるところには使用して　はならない

と有りますが、そんな話は初めて聞きました、塑性領域に入っていてもそこからねじが
破断するまでにはまだあります。
そのねじにかかる荷重が破断する荷重以下なら（安全係数見込んで）問題無いでしょう。
そういう風に設計すれば良いだけだと思いますけど。

そもそも、ねじで締結する場合で軸方向に加重がかからないケースは存在するでしょうか
軸方向の加重を受け持たないならねじで無くてもピンでも良いのでは

剪断方向なら品物同士の勘合とか別にピンを立てるとかして加重をねじに掛けない方法
は有るでしょうけど。

いかがでしょうか？

補足

回答ありがとうございます。

＞また、塑性域角度法で締結したねじは、締結後に軸方向に応力のかかるところには使用してはならない

この話はねじが破断するからではなく、塑性域まで引き延ばされたボルトにさらに軸方向に応力を加えると、伸びてしまうからだそうです。
当然、塑性変形で伸びっぱなしになるので、応力が解放されると軸力が一気に低下してアウト・・・という理屈らしいです。

ところが実際には大丈夫だということは、応力が加わっても塑性変形しない領域があるのかなと。