ねじの強度計算について
- ねじの強度計算とは、ねじがどれだけの荷重に耐えられるかを求める計算です。
- 耐力×有効断面積（単純引張）とは、ねじが引張力によって破損する単純な強度計算式です。
- しかし、実際にはねじを締め付けるだけでも軸方向の引張荷重を受けるため、この力も考慮する必要があります。
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ねじの強度計算について
こんにちは。基本的な質問になるかと思いますが、教えてください。 ねじの強度計算で、耐力×有効断面積（単純引張）とありますが、ねじを締め付けるだけでも、軸方向の引張荷重を受けるということで、それを考慮しないといけないかと思うのですが、耐力×有効断面積から何を引けばよいのでしょうか？実際の計算式を教えてください。軸力を引くのですか？ よろしくお願いいたします。
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説明不足だったので補足します。(ねじに働く軸方向力)＝(ねじ締付軸力)＋ (軸方向荷重) の意味合いはねじに締付による軸力と合わせて外力が加わる 場合を意味しています。たとえば軸カップリングのボルトでスラスト力が 働く場合が相当します。多くの場合は固定用なので締付による軸力が主体 です。まずは適用するねじに外力が加わる可能性があるか調べてください。 YieldPoint さんの示されているように，ねじの締付は挟圧物(非締付材)の 圧縮とねじの引張がつり合う点でバランスします。 つまり各材のばね定数が 影響します。影響コーンを想定して計算する方法も提唱されていますが， 厳密な解析をされるのであれば，たわみ量を計測されることをお勧めします。緩みに付いての解析が必要なければ，締付と軸力の関係を知るだけで 十分です。
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説明不足だったので補足します。(ねじに働く軸方向力)＝(ねじ締付軸力)＋ (軸方向荷重) の意味合いはねじに締付による軸力と合わせて外力が加わる 場合を意味しています。たとえば軸カップリングのボルトでスラスト力が 働く場合が相当します。多くの場合は固定用なので締付による軸力が主体 です。まずは適用するねじに外力が加わる可能性があるか調べてください。 YieldPoint さんの示されているように，ねじの締付は挟圧物(非締付材)の 圧縮とねじの引張がつり合う点でバランスします。 つまり各材のばね定数が 影響します。影響コーンを想定して計算する方法も提唱されていますが， 厳密な解析をされるのであれば，たわみ量を計測されることをお勧めしま す。緩みについての解析が必要なければ，締付と軸力の関係を知るだけで 十分です。
説明不足だったので補足します。(ねじに働く軸方向力)＝(ねじ締付軸力)＋ (軸方向荷重) の意味合いはねじに締付による軸力と合わせて外力が加わる 場合を意味しています。たとえば軸カップリングのボルトでスラスト力が 働く場合が相当します。多くの場合は固定用なので締付による軸力が主体 です。まずは適用するねじに外力が加わる可能性があるか調べてください。 YieldPoint さんの示されているように，ねじの締付は挟圧物(非締付材)の 圧縮とねじの引張がつり合う点でバランスします。 つまり各材のばね定数が 影響します。影響コーンを想定して計算する方法も提唱されていますが， 厳密な解析をされるのであれば，たわみ量を計測されることをお勧めしま す。緩みに付いての解析が必要なければ，締付と軸力の関係を知るだけで 十分です。
回答(2)で、 >ねじ締結部に繰返し荷重が加わる場合は(ねじに働く軸方向力)＝(ねじ締付軸力)＋(軸方向荷重)となります。 とありますが、軸方向荷重≠外力ではないことを明確にしておいた方が良いかと思います。（見当違いだったらご容赦） ねじ軸系の引張りばね定数をCb、被締結部系の圧縮ばね定数をCcとし、ねじ軸に追加される引張り内力Fbと外力Wの比を内外力比φとすれば Fb＝φW φ＝Cb/(Cb＋Cc) φは条件によって変わりますが、概ね0.1～0.4程度になることが多いようです。 【参考文献】 ねじ締結の原理と設計 山本昇 （養賢堂）
お礼
ご回答ありがとうございます。 参考文献、書店に行って見てきます。
一口にねじの強度と言ってもいろいろなケースがあります。ねじ締結部に 繰返し荷重が加わる場合は(ねじに働く軸方向力)＝(ねじ締付軸力)＋(軸方向 荷重)となります。この荷重を有効断面積で割れば引張り応力になります。 もう少し単純化しましょう。通常のねじ締結では締付軸力のみですので、 この場合について説明します。ねじは材料によって強度区分があり，強度 区分に応じて適正な締付けトルクを設定します。締付けトルクＴと軸力Ｐの 関係は Ｐ＝ＢdＴ（d：ねじ呼び径，Ｂ：トルク係数）と表され，Ｔ－Ｐは 比例関係にあります。Ｂはねじ面の摩擦によって決まる定数です。詳細は 前回提示の資料を参照下さい。そこでねじの応力はσ＝Ｐ/Ａ（Ａ：有効断面 積または谷径断面積）です。 またナットの場合の強度はねじ山せん断を主体に考えますが，ここでは省略 します。資料で勉強してください。 算出した軸方向応力σが材料の耐力以下になるように設計します。
お礼
大変ありがとうございました。 とても勉強になりました。
ねじの締付において，ねじ座面(頭部またはナット部)またはワッシャや挟む む材料の座面およびねじ面の粗さの山のつぶれやへたりによりボルトの軸力は締付時から必ず低下します。固定の意味合いからはできるだけ強い結合が 望ましいわけですから，ねじが伸びない程度の力で締め付けるのが良いこと になります。 通常はこうした緩みやへたりを見越して，耐力ぎりぎりかやや大きいくらい になるようにねじの軸力の設定をします。 一般にはこの上限値に降伏応力または耐力を選びます。ラフに言えばねじ面 の摩擦とねじ軸力が締結の度合いを示し，発生軸力は耐力(引張強さの70～ 80％)の近傍に選び，その軸力に応じた締付けトルクを設定管理するわけで す。締付けトルクと軸力の関係式等は下記ＵＲＬの技術資料をダウンロード して，ご参照下さい。
お礼
早速のご回答、ありがとうございます。 URLを参考にします。 大変申し訳ありません。 URLを見ましたが、よく分かりませんでした。 質問内容が重複しますが、ねじの強度計算は、耐力×有効断面積であれば、ねじを締め付けた時の軸方向の引張荷重を受けたことを考慮しなくても良いのでしょうか？考慮する必要があるとすれば、何を引けば良いのでしょうか？ 計算式を教えていただけないでしょうか？
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