母材、ヘリサートを考慮した適正締付トルク

質問

PVC(ポリ塩化ビニル)にM5×0.8 2Dの
ヘリサートを入れる。そこにSUS304のM5
ボルト長さ8mmを締め付ける。
その場合の適正締め付けトルク(N・m)は
どのようになるか。
算出できる計算式などあればご教授お願い致します。
(強度区分、母材(PVC)の安全率をどう考慮するか？)

実験的に、締付けトルク2.5N・mと4.5N・mで締付けたところ
どちらもPVCのヘリサート部に亀裂が生じた。
(ヘリサート加工:下穴φ5.2深さ15mm)

M6の場合の引張り強度
http://www.uno.co.jp/seihin_info/catalog/pdf/0987.pdf

回答No.4

noname#230359

ねじは基本的な機械工学要素が入っていて難しい物です。
さて、ボルト等のねじは材質やその材質のグレードによって強さが異なります。
樹脂のねじと鋼のねじでは同じ大きさでも強さが異なります。
また、同じ鋼でも素材のままと熱処理した物では硬度が異なり、硬度と引張強さは比例関係に
あるので、鋼で硬度が異なれば引張強さが異なり強さが異なる事になります。
そして、雌ねじは同じ硬度の材質であれば（1×外径）の深さがあれば、雌ねじが壊れる事が
無いような計算結果になります。（雄ねじの軸が破断するようになります）
通常のナットの幅が、ねじ外径の約0.8倍になっている事がその根拠の一つです。
色々と記述しましたが、前述の内容を参考にして強度区分が最低の鋼のねじの締付トルクを
先ず以下のURL（小ねじの保証締付トルク）から確認します。Ｍ５なので、3.0N･mとなります。
これが鋼のトルクですが、雌ねじの材質がPVC（塩ビ）なので、その材質でのトルク計算が必要
です。小ねじは加工硬化等で引張強さがSS400程度になっていると考えて、強度区分4.8の数値欄
を確認し、下降降伏点240N/mm^2の数値を基準とします。
そして、以下のURL（エンジニアリングプラスチックの物性表）から塩化ビニール（工業用）の
引張強さ530～590kgf/cm^2（52～58N/mm^2）を確認し、クリープ特性等を考慮して60％である
52N/mm^2×60％＝31.2N/mm^2を基準の強さにします。
（SS400の引張強さ400N/mm^2の60％が240N/mm^2であるので60％と考えても可です）

操作が？？となったので、追記をここに継続します。
鋼のねじの基準強さが240N/mm^2で、PVCの基準強さが31.2N/mm^2なので、31.2N/mm^2÷240N/mm^2
＝0.13（13％）となります。
鋼のＭ５ねじのトルクが3.0N･mなので、その13％である0.39N･mが適正トルク値です。Ｍ５ねじ
がPVCの材質なら、0.39N･mより大きなトルクを掛けると危険です。（又は、PVCのＭ５ねじの
締付トルクが記載されているトルク値以上が危険です）
Ｍ５ねじがPVCでなく、鋼の場合は今度は目ねじ強度からトルク値を確認します。
先ず、ヘリサートは多分金属なので、PVCのねじはＭ５よりワンサイズ大きくなるのでＭ６
で確認します。そして、ヘリサートの長さが２Ｄなので、ねじ径の２倍あるから、強度も
２倍と考え、Ｍ６の小ねじの締付トルクはURLの表から4.9N･mを確認し、それの13％である
0.64N･mを2倍し1.28N･mが基本的な（ねじとヘリサートが鋼仕様の）締付トルクではないで
しょうか？
以上から、多分雄ねじもPVCである可能性が大です。（それか、他の樹脂か軽金属かな？？）

御免なさい、追記記入の際は自分で回答した内容しか見えないので、纏めの以上からの記述が
？？？となってしまいました。
雄ねじはSUS製で、今回の締付トルクも1.28N･mの約２倍や４倍なのでPVCに亀裂が出るのは
当然ですね。
SUS雄ねじの締付トルクは鋼と略一緒位の2.63N･mですし、ヘリサートも金属であり2.63N･mで
なくて、鋼の3.0N･mを掛けても壊れないようになっています。
多分、ばね鋼の材質なので、鋼の強度区分が上の8.8程度（トルクや強度では倍）のトルク
を掛けてもヘリサートが壊れることはありません。PVCの雌ねじが問題です。
雄ねじがSUS製ですので、"ステンレス製ネジの機械的性質（強度区分）"のデータを活用し
A2-50区分で引張強さ500N/mm^2、耐力210N/mm^2で鋼の時のように換算すると良いでしょう。
SUS用のねじのトルクもURLで確認し、換算すると良いでしょう。
SUSのトルク値が鋼に比べて小さいのは、鋼の降伏点＞SUSの耐力となっているからで、
換算すると、雌ねじPVC値は略同じになります。

確認手順とトルク値は理解できましたか？
何回か各資料をめくって、自分で計算してみることですね。

参考URL：

http://www.ymzcorp.co.jp/ym6/kyoudo.html http://www.ymzcorp.co.jp/ym6/suskyoudo.html http://neji-no1.com/contents/05/fil

お礼

早速のご回答ありがとうございます。
どのように計算していったらよいのかで悩んでいましたので
非常に参考になりました。

回答No.3

noname#230359

感覚的にはトルク値はヤバイ・・・

ヘリサートで探せず、エンザードの資料が見つかりました。
といっても計算式は普通のボルトと変わりません。ボルト　－　エンザードの間は無視して、ボルト　－　エンザード　での話にしただけです。

　　締付けトルクＴ＝Ｋ･Ｄ･Ｐ

締付け力（引抜き強さ）：Ｋのグラフ、トルク係数：Ｐ　を概算してくれてます（→ナイロンの場合0.25）

上記の値そのまま、単位系を古くして計算すると
Ｋ（kgf）：締付け力　Ｄ（mm）：よび径
T(kgfmm)　　＝0.25×500×5＝ 625kgf･mm ＝6.1N･m

引抜き強度のグラフを見ると、アルミ鋳物に対しては約1/3。ところが材料特性表の引張り強さ比較では1/5～1/10なので、高すぎと思います。

そうすると計算の値も1/3程度で見たほうが。安全率を掛けると1/10でもどうかでしょう

参考URL：

http://jitukawa.net/enzat8.htm

回答No.2

noname#230359

強度区分8.8のM5の適正締付トルクとした場合、47kg・cm=46N・mmなので・・
2.5N・mとなると2.5*1000/46=43倍ほど逆に大きくなってしまいますけど？
何か単位を勘違いされて居ませんか？46N・mmならPVCであってもネジ長さも
長いので計算上は、最小引張強さの1割程度なので割れないっと思います

帰宅後に良く見てみたら、×47kg・cm=46N・mm→○47kg・cm=4.6N・mでした
言い訳ですけど、お昼休みに急いだのが失敗でした。すみませんでした
で戻って、2.5N・mなら、計算でも破損する位のトルクだと思います

私の自作ネジ計算Excelで計算してみると、仮に軸力で200N掛けるとした場合
PVCの最小引張応力=55MPaとしてネジ部もM6で入力してみると相当せん断応力
で5.3MPa（約10パーセント引張），トルクが269N・mmと出力されましたので
269N・mm→0.27N・M　程度ならば、軸力で200N出せて壊れない範囲だと予想

最後にPVCメネジの降伏点を55MPax0.3=16.5MPaとした計算を下記にupしました
http://bbs6.fc2.com//bbs/img/_448900/448802/full/448802_1262955428.gif
上記は、プログラムをデバック中なこともあり、あくまで参考にしてください

回答No.1

noname#230359

ねじではある程度の機械的強度を期待するので，PVCは一般的ではないと思い
ます。締付けトルクはPVCの強度で決まると思いますが，締付けトルクの基本
計算から計算するのが筋でしょう。ねじをヘリサートに締め付けたときの軸
力とPVCのせん断強度(締付け長さ2D)から適正な締付トルクが決まります。
下記サイトを参照下さい。

PVC資料は下記をご覧下さい。
http://www.vec.gr.jp/enbi/enbi2_2.html

参考URL：

http://www.sgmto.jp/zaisitu/index.html http://www.110.ne.jp/nejitech/torque_keisan.html http://www.vec.gr.jp/fact/chapte