アルミ部材に取り付けるボルトの選定
- アルミ製のタンクにアルミ板を取り付ける際のボルトの選定方法について教えてください。
- アルミ板の熱膨張量の差を考慮して、ボルトに掛かるせん断荷重を計算する方法を知りたいです。
- また、必要なボルト径を算出する方法も教えてください。
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アルミ部材に取り付けるボルトの選定
お世話になります。 アルミ製のタンクにアルミ板を取り付けます。 取付方法はボルト2本で取付ピッチは300mmです。 アルミ製タンクには潤滑油があり、 最大105℃程度まで油温が上昇します。 その時、アルミ板は50℃位まで 熱上昇したと考えると熱膨張量の差が生じ、 約0.4ｍｍと計算しているのですが、 ボルトに掛かるせん断荷重はどう計算すれば良いでしょうか？ 又、必要なボルト径を算出する方法もご教示頂ければ幸いです。 これまで私が考えた方法は0.4mmを片持ち梁の撓みと考えて 荷重を算出してみたのですが、 実際にボルトに掛かる荷重はせん断荷重と思われますので 上記では辻褄が合わないような気がしています。 恐れ入りますが、宜しくお願い致します。
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アルミ板が蓋ならば、ボルトには引張り応力（軸力）が加わるだけです。 そして、ねじが同じアルミなら、アルミ板とアルミ製ボルトが同じ様に 熱で伸びるので、軸力はねじを始めに締めた時と同じです。 しかし、一般的には、アルミタンクの雌ねじに、ヘリサーとをセットし、 鉄製のボルト止めが一般的です。 熱膨張率（線膨張係数）は、アルミの1/2が鉄です。 ばね座金と平座金をセットして、軽く締めておけば振動がない条件なら 問題ないでしょう。締付けが夏場であるなら、冬の時期にもう一度軽く 増し締めしておけば、良いでしょう。 300mmのピッチ方向でのボルトせん断荷重は、 ? タンクと板が、同じアルミであり、線膨張係数も略同じである ? 板への取付穴をねじ径＋1～2mmとする にて、考えなくてよくなります。 ねじ径は、多分タンク内の液体等を揮発や漏れ、飛散から守るパッキン を取付ける、つぶし代の力で決定です。（アルミ板厚も含めて）
アルミ製タンクと板の間には断熱材を挟んで締め付けるのですか？それとも ボルト取付けピッチ300mmの間はアルミ板がたわんで接触しないと考えられて おられるのでしょうか？通常ある程度の接触面積があれば，50℃の温度差は 考え難いと思います。計算上はアルミ板の線膨張係数は23.5×10＾-6/℃ですので，300mmのピッチに対し50℃の温度差で0.35mmの差が生じます。?薄板の場合は取り付けピッチ間が凸状に変形します。直線で近似すればδ＝√(150.35＾2－150＾2)＝10mmがはりの中央たわみになります。片持ち梁の撓みと考えて δ＝PL＾3/（3EI）の式から ボルト荷重P(L＝150mm，E＝68000N／mm2) が求まります。この場合はPがボルトの引張力になります。なお，?厚板の場合は凸状に変形しないため P/A＝Eδ/L から求めたPがボルトに加わるせん断力に当たります。また?ボルト引張応力または?せん断応力は いずれも P/Aで与えられます。ここにAはボルトの谷径断面積または(ねじのきり欠き係数)×(有効断面積)を用います。これら応力とねじ材料の強さを比較すればボルトサイズが決まります。
この場合せん断力はボルトを締め付けたときに板同士の摩擦力の方が上回り ますので考慮しなくても大丈夫です。 板にかかる荷重を考慮してください。 アルミの場合繰り返し膨張によりボルトの頭部に陥没がおき緩むことがありますので平座金をかならず入れてください。
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