ねじ・ボルト締結体における強度設計と破損事例およびその対策

機械構造物において最も荷重が集中しやすい締結部 (ボルト締結部、溶接接合部) のトラブルが未だに絶えないのが現状である.本講座では機械設計をする上で最低限検討しなければいけない締結理論を基本から習得した上で,講師が製品開発を行う上で実際に経験した設計事例・トラブル事例とその解決策・実験結果を例にボルト締結理論の理解を深める。これによりねじ・ボルトに関する安全設計を推進し事故防止を図るとともに、トラブル発生時の問題解決力、対応策提案力を修得することを目的とする。 　当講義では設計現場に近い実践的な検討手法を議論する。近年ではFEM (有限要素法) 等のコンピューターシミュレーションにより詳細に現象をとらえた強度設計が出来るようになっており設計現場で実践できるボルト締結体の計算手法について紹介する。更にトラブル対策として実機を用いた詳細実験とFEMを練成することによって、緩み現象・破壊現象の解明と対策事例を紹介する。

1. ねじの概要
   1. ねじを締めるとは
   2. ねじ締結部の不具合現象
   3. なぜ未だにねじトラブルは発生するのか?
2. ねじ規格、機械的性質
   1. ねじの規格
   2. ボルト・ナットの基本寸法
   3. ボルト・ナットの機械的性質
3. ねじの適正締付け
   1. 締付トルクとは
   2. 締付トルクとボルト軸力の関係【軸力計算演習】
   3. ボルト軸力のばらつき
   4. FEMを用いたトルク入力に対する軸力予測手法
4. ねじの静的強度
   1. ボルト軸部に掛かる応力状況
   2. 締付トルクと軸に発生する応力【応力計算演習】
5. ねじの内力と外力の関係
   1. 締付時・外力が作用したときの変形と力
   2. 内力係数の算出【内力係数計算演習
   3. ボルトに掛かる負荷を小さくする手段
   4. 偏心荷重に対するボルト負荷の検討
   5. FEMを用いた外力入力に対するボルト応力振幅予測手法
6. ねじの疲労破壊
   1. 外力に対するボルト内力と応力振幅
   2. ボルトの疲労限度
   3. ボルト応力の測定 – ひずみゲージによる方法 -
7. ねじの緩み
   1. 戻り回転のない緩み
   2. 戻り回転のある緩み
   3. 緩み試験と緩み止め機能
8. ボルト締結体設計と不具合事例
   1. 設計計算事例
      • FEMによる計算手法と理論計算による評価手法
   2. トラブル事例とその対策
      • 実験とFEMによる現象解明および対策案の紹介
• 質疑応答