ボルトの疲労計算に関する6つのFAQ：知っておくべき答え

1.ボルトの疲労強度に影響を与える要因は何ですか？

接続部の疲労強度に影響を与える要因には、使用材料、構造設計、サイズ、製造工程、ねじとねじのはめあい、荷重分布、応力振幅、機械的特性など、さまざまなものがあります。

関連記事 金属機械特性表

そもそも、材料の強度と塑性指数が要求される基準を満たすためには、適切な材料と熱処理工程を選択することが極めて重要である。

強度に影響を与えるような欠陥、特に低倍率の粒界欠陥が材料にないことを確認することが不可欠です。

とはいえ、その強さには目を見張るものがある。 ボルト接続 主にボルトの強度に頼っている。

1.スレッド間の不均一な荷重配分を改善する

取り付け中、ボルトは伸び、ナットは圧縮されます。ねじピッチの伸びと縮みの差は、ベアリング表面に近い最初の円で最も大きくなり、ひずみと応力が最大になります。残りの円（ピッチP）はそれに応じて減少します。

以下は、様々な種類のナットの推奨強度アップである：

a) サスペンションナット・・・40%の強度アップ（ナットにも張力がかかるため、ボルトの変形で荷重が均等に分散される。）

b) リング溝ナット - 強度は30%増加する（ナットはベアリング表面付近で引張られる）。

c) 内側傾斜ナット - 20%で強度アップ（コンタクトリングが減少し、荷重が上がる）

d) ボンドナット（bとcの組み合わせ）-強度は40%増加する。

e) ボルトとナットに異なる材質を使用 - 40%の強度増加。

2.ボルト応力振幅の低減

1) ボルト剛性の低減

対策：垂直センターバー、スレンダーバー、フレキシブルボルト接続など。

2) フランジ剛性の向上

対策高硬度のガスケットを使用するか、鋳鉄に直接ねじ込む。

3.応力集中の緩和

応力集中は、ねじの根元、ボルトの端、ボルト頭とボルト棒の間の移行部で発生する可能性がある。

このようなストレスの集中を緩和するために、以下のようなオプションを検討することができる：

1. トランジション・ポイントでフィレットを増やす。
2. 糸端には20～40%のアンダーカット↑を使用する。
3. アンローディングタンクを利用する。
4. トランジション構造の負荷を取り除く。

4.合理的な製造工程を採用する。

1. ボルトは押し出し（圧延）法で製造される。 疲労強度 30-40%の増加。
2. 冷間加工硬化などの技術を応用、 表面処理 シアン化、窒化、ショットピーニング、残留応力の導入（圧縮）などは、疲労強度を向上させることができる。
3. さらに良い結果を得るためには、熱処理後にねじ転造を行うことで、70-100%の強度を高めることができます。この方法は、高品質、高歩留まり、低消費の利点を提供します。
4. 単一ピッチエラーと累積ピッチエラーの両方をコントロールすることが重要です。

2.ボルトの疲労強度が低下する理由は？

ボルト接合は、機械製造や機器設置に広く使用されている。しかし、疲労損傷の検出や予防が難しいため、ボルトの疲労破壊による重大事故が長年にわたって頻発している。そのため、ボルトの破損に関する研究に注目が集まっている。

ボルトの疲労強度の低下は、次のような理由によると考えられる：

(1)ねじを回す際、ブランクの外形品質の良い金属は除去され、残った品質の悪い金属がボルトロッドとして使用される。その結果、良質の金属結晶が十分に利用されず、結果的にねじ強度が低下する。

(2)小さな フィレット加工 また、ねじの根元に大きな応力勾配があると、応力集中が発生する。

(3)その 表面粗さ スレッドの根元の値は、スレッドのベベルの値よりも高い。

(4) 工具痕が互いに平行で、ねじ軸に垂直で、工具痕の間に微小亀裂が見られる。旋削ボルトのねじ山は根元であるため、疲労強度に影響するこれらの要因も存在する。

交互負荷が存在する場合、疲労源が最初に発生し、それによって疲労が加速される。 疲労故障 ボルトの

3.なぜボルトの長さを長くすると疲労強度が増すのですか？

高強度ボルト（プレテンションボルト）の場合のみ、ボルト長を長くし、ボルトの剛性を下げ、荷重を負担する際にボルトが分担する作用力FSAを小さくし、交番応力を小さくし、その後疲労強度を上げることを推奨する。

4.高力ボルトと普通ボルトの締結応力の違いは？

主に引張力である締結力に関しては、高力ボルトと通常のボルトに差はない。

しかし、鋼製構造用ボルトやねじりせん断ボルトが受ける応力は、通常のボルトとは異なります。鋼構造ボルトやねじりせん断ボルトは、引張力だけでなくせん断力も受けるからです。

5.高力ボルトにはどのような種類がありますか？それぞれの長所と短所を教えてください。

高力ボルトがせん断応力を受ける場合、その設計と要求応力によって、摩擦型高力ボルトとベアリング型高力ボルトに分類される。

摩擦タイプの高強度ボルト接合は、良好な完全性と剛性を持ち、変形が小さく、信頼性の高い応力と耐疲労性をもたらします。

このタイプの接続は、プレートの接触面間の摩擦を維持し、相対的な滑りを防止する。主に、動的荷重を受ける構造物の設置や接続、一部の部品や高所設置に使用される。

一方、ベアリングタイプの高強度ボルト接合部は、摩擦に打ち勝った後も耐力が増加し続けるため、摩擦タイプのボルトよりも設計耐力が高い。

その結果、必要なボルトの数を減らすことができる。しかし、その完全性と剛性は低く、変形が大きく、動的性能に劣り、実際の耐力は小さい。静的または間接的な動的荷重を受ける構造物において、一定のすべり変形を許容する接合にのみ適している。

高強度ボルト接続の欠点の一つは、材料、レンチ、製造、取り付けに特別な技術的要件があり、比較的高価になることである。

6.高力ボルトの強度は？

グレード8.8は高強度ボルトとみなされる。

現在、8.8Sと10.9Sの高力ボルトが使用されている。

小数点の前の数字（8または10）は、熱処理後のボルトのおおよその最小引張強さを表し、100Mpaである。

8.8Sの実際の引張強さは830Mpaから1030Mpaの間であり、10.9Sのそれは1040Mpaから1240Mpaの間である。

小数点以下の数字、0.8または0.9は、処理後のボルトの降伏比を表す。降伏比とは、ボルトの最小引張強さに対する条件付き降伏引張強さの比。Sはボルト、Hはナットを表す。ナットは8Hと10Hの2等級に分けられる。