疲労破断しないねじ・ボルト締結体の設計実務とゆるみ対策講座

ボルト径と本数や締結部の設計は、従来設計の踏襲や勘によって決定し、ボルトの締め付けは現場技能者の腕に頼っていたのではないでしょうか。その結果、ボルト破断事故や過剰設計によるコストアップを招いていたように思います。 　本講座では、ねじの力学を解説し、締付けトルクと軸力の関係と締付けトルク決定法を述べます。この際、金属間の摩擦係数が必須で、文献に載っていないオリジナルな摩擦係数測定データを提示します。そして、「単純でかつ明快な」ボルトが疲労破壊しない条件を示し、疲労破壊しない締結部の設計法 (ボルト径と本数の決め方) を述べます。ボルトが2本以上ある場合、与えられた数式に数値を代入するだけでは疲労破断の予測には無理があるように考えており、有限要素法フリーソフトを使った疲労破断予測法を紹介します。 　また、ねじのゆるみとボルトの疲労破壊とは密接な関係がありますので、ゆるみの発生メカニズムと対策を解説します。ねじ計算Excelシートを添付しますので、設計に活用してください。

1. はじめに:ゆるみと破壊の関係に関する誤解
   • 締付け時のボルトの強度配分
2. ねじのゆるみと対策
   • ゆるみとボルトの疲労破壊の関係
   • 戻り回転によるゆるみ
   • ゆるみ防止部品
   • 回転を防止するだけでよいのだろうか
   • 戻り回転によらないゆるみ
   • ゆるみ対策の基本的な戦略
3. ボルト締め付けトルクと軸力の関係
   • トルク係数
   • ねじの力学
   • ボルト締付けトルクと軸力の関係
   • らせんねじモデルを用いた有限要素法による解析
4. 金属の摩擦係数のオリジナル測定データ
   • 接触圧力と摩擦係数の関係
   • 摩擦係数実測値
5. 締め付けトルクの決定方法
   • 締め付け管理の方法
   • ボルトに発生するミゼス相当応力
   • JIS B 1083 ねじの締付け通則
   • 弾性締付けによる締め付けトルクの決定方法
6. 配布Excelシートを用いたボルト計算
7. ボルトが疲労破壊しない条件
   • ボルト谷底の応力集中に対する切欠係数β
   • ボルト谷底の応力集中を考慮した疲労限度の決定方法
   • 3締結体とボルト・ナットの力学 – 内力係数 -
   • 有限要素法により求めた締付け線図
   • ボルトが疲労破壊しない条件
8. 疲労破壊しない締結部の設計法
   • ねじ締結体設計に使用する摩擦係数
   • 軸力計算時に使用する摩擦係数の選定と軸力計算
9. ボルトの呼び径、本数、部品形状の決定法
   • ボルト軸力低下量の見積り
   • ドイツ規格 (VDI2230) による方法
   • 有限要素法 (接触要素あり) を用いる方法
   • 簡易的な有限要素法 (フリーソフト) を用いる方法
   • ボルトの呼び径、本数、部品形状の設計例
10. 有限要素法ソフトによるボルトのモデリング手法
11. ボルト破断事例と対策
    • 打ち抜きプレス金型固定ボルト
    • 超音波溶接機の振動子ボルト