安全率

質問

天井からφ30のステンレス棒が2本ピッチ800mmで伸びています。
その先にt20mm×D120mm×W900mmのアルミ板がネジで止まっており、ブランコのような形になっています。
板の中心には9kgの物体が乗っています。

この時アルミ板を止めている、ボルトのサイズや長さはどのように考えたら良いでしょうか？
計算方法を教えて下さい。
A2－70のボルトを使用するとします。

回答No.5

ohkawa3

インローの深さについて、kon555さんが示していらっしゃることが、貴殿の最近のご質問全般に対する簡潔な答えと思います。
「設計のあらゆる要素構造がそうですが、「強度」「製造性」「メンテナンス性」などの多様な要素を勘案し、ベターな選択をする必要があるものですので「どうやって決めるか」という問いには中々簡単には答えられないものです。」

φ30のステンレス棒についてもう少々補足すれば、
ステンレス棒の強度を最大限活かした締結法を追求するのであれば、ボルトを使ってアルミ板を固定するのではなく、ステンレス棒に雄ねじを切って、ナットを使ってアルミ板を固定する方法が考えられます。この場合、ステンレス棒の断面をできるだけ温存するため、ねじは標準ピッチではなく、「細目」を選択します。（M30の標準ピッチは3.5mmですが、細目のピッチは2.0mmです。）

参考URL：

https://mori.nc-net.or.jp/qa9726671.html

補足

成る程ですね。
ボルトのねじ山のせん断応力を考えるのであれば、公式通り、径が大きく、長さが長ければ良いということなんでしょうが、どうしても、日々横で上司に最適を問われます。
ただ、安全率をどのくらいみるものなのかが経験がないので、教科書通り、静止荷重なら3なのか、単に荷を棒の先端につけて激しくする場合は、安全率は？なのか、妥当な数値が分かりません。
ミスは出来るだけ抑えたいけどコストも抑えたいとなると、妥当な位置が分かりやすく。
「大は小を兼ねる」ナット等、特に高いものではないので、それで良いでしょうが、
ボルト１本でも減らせと言われるとつらいものです。

回答No.4

lumiheart

>天井からφ30のステンレス棒が2本ピッチ800mmで伸びています。

８００ｍｍは横方向の長さだよね？
φ３０ステンレス棒自体の長さはいくつ？
天井から５ｍの長さだとして
アルミ板にヘルメットぶつけたら？
恐らく、M6程度のボルトならもげる　
７ｍの天井からステンレス棒が落ちて来て通行人の足に刺さる　＜安全靴を貫通すれであろう

ステンレス棒だよね？　ムク材の　パイプでなくて　かなり重たいよ
天井には↓のようなフランジで固定するんだよね？
https://jp.misumi-ec.com/vona2/detail/221000130201/

回答No.3

ohkawa3

もう少々補足です。
「見かけ」を裏切るような設計は避けることが無難です。
前にも書いた通り、φ30のステンレス棒2本で吊ることのできる限界はおよそ600 kN≒60 tfです。
また、t20mm×D120mm×W900mmのアルミ板の梁が耐え得る集中荷重は、8 kN≒800 kgf程度と思います。
これより著しく低い150 Nの力で破断するような締結部があるとすれば、構造の見かけだけで力を掛けた場合に、締結部の破壊によって落下事故が起こると想定されます。貴殿の立場からみれば、設計仕様を外れた誤使用と思われるかもしれませんが、想定できる誤使用に対して使用者の安全を担保するのはメーカー（設計者）の責任と考えることが一般的です。

通常使用条件において、常識的な安全率を確保することは、設計上最低限の要求事項ですが、設計はこれだけでOKではありません。学校の先生が出題する試験問題には、明確な「答え」がありますが、現実の設計ではこのような場合は少ないでしょう。安全率は個々の製品の設計基準や、メーカー個々の経験値に基づいて設定されると捉えることがよさそうに思います。

回答No.2

ohkawa3

載せるものの質量が9kg、アルミ板の質量が6kgとして、全部で15kg。
重力加速度を掛けて、力の単位に置き換えれば、約150N。
ボルト2本で固定すると仮定すれば、1本にかかる荷重は約75N。
引張り強さ70N/mm^2のボルトを使い、安全率「1」であれば、
必要断面積は、75N÷70N/mm^≒1.1mm^2
M1.6×0.35（有効断面積1.27mm^2）で足りるという計算です。
安全率「10」を採用しても、M5×0.8（有効断面積14.2mm^2）です。

φ30ステンレス棒の引張強さが300000N以上期待できることからすれば、
M5ボルト締結部の強さは、ステンレス棒の引張強さに比べて 1／300 程度。
とってもバランスの悪い設計になってしまいます。

一応の強度計算は行うとしても、全体のバランスを考慮してボルトの
サイズを決めた方がいい典型例のように思えます。
六角ボルトならばM14、アルミ板にねじ頭を沈める設計としても、M8
くらいを使ってよさそうに思います。

練習問題であっても、もう少し条件を吟味して設定した方がいいでしょう。

補足

六角ボルトならばM14、アルミ板に座ぐりならばM8といういう理由が分かりません。
そこをご教示下さい。

回答No.1

kon555

「安全率」というタイトルからすると、元々の荷重計算等は行えると考えていいですね？
　その前提の上ですが、計算上の荷重と強度がピッタリ一致するような構造が「安全率1.0」です。ほんの少しでも負荷が大きいと破損する、ギリギリの構造ですね。普通はこんな安全率にはしません。

　安全率の決め方は色々あります。例えば破損しても重大な事故等に繋がらない部位は安全率は低めになります。分野によって色々ですが、大体2くらいですね。
　クレーンのワイヤー等は3から5。同じ「物を吊るすワイヤー」でもエレベータの場合は安全率10を確保しています(法規で決まっている)。
　貴方が書かれているケースの場合、天上から棚のような形で物が安置されている条件ですので、落下すれば重大な事故になりかねないケースです。
　安全率は最低でも5は確保し、別途落下防止用のワイヤーやチェーンの設定、またそれぞれの定期点検が必要になると思います。