ボルトのせん断荷重計算!ボルトサイズと必要本数の求め方を解説

当サイトでは、以前に「ボルトの強度計算」に関する計算方法を紹介しています。たくさんの方に読んでいただき、コメントもたくさん頂いております。ありがとうございます。そこで今回はボルト強度計算の第2弾として、荷重に対する必要ボルトサイズと本数の計算方法を紹介していこうと思います。計算にはすべて答えをつけており、中学校レベルの計算問題ですので、わかりやすいかと思います。ご参考にして下さい。



鉄の物理的性質(引張り強さ)のおさらい

荷重に対する計算ですので当然ながら、金属の物理的性質は出てきます。まずここを把握しておかないと話になりません。

また、今回は引張り強さを用いますが、ボルト荷重は引張りで受けることを前提としているからです。どうしても荷重をせん断で受ける場合にはせん断強さを使うようにして下さい。

私の備忘録を訪れるエンジニアは大抵の場合、何か答えを求めて訪問してくれる方が多いと思いますので、今回はせん断荷重にて計算しています(^^



使用ボルトの有効断面積のおさらい

荷重はボルトの有効断面積で受けますので、各ボルトサイズの有効断面積を把握しておく必要があります。これは理解するというよりは、知っていればOKという感じです。ただ、実際の計算の中では面積の使い分けが必要ですので、お忘れなく!



実際の計算例を紹介

それでは問題です。こちらの計算が解説なしで理解できるでしょうか?

今回お見せするエクセル計算のおおまかな流れは以下の通りです。

1.想定する荷重を決定

想定される荷重を設定します。大抵は重量を考えればいいと思います。ただ、衝撃荷重が加わる部分ならば外力をプラスで設定してあげましょう。

2.せん断強さの計算

金属の材質が持つ引張り強さをもとに、せん断強さを求めます。例題では、引張り強さの60%で計算しています。

3.荷重に耐えうる有効断面積

荷重に対してどのくらいの有効断面積が必要なのかを計算で求めています。

4.安全率

荷重が軽くて静的な荷重であれば、3~5倍で十分だと思います。かなりの負荷が想定できて搬送中も条件が悪い場合は、10倍としてみています。ここは個人というか、社風ごとに考え方が違うと思います。

5.必要な直径φmm

荷重と安全率から求めたトータル荷重より、それに耐えうる直径を計算します。

6.ボルトサイズごとの必要本数

ボルトのサイズに応じて有効断面積は決まっていますので、それぞれ求めたいサイズの有効断面積を使って必要本数を計算します。もちろん、私のようにサイズに関係なくM6からM12までそろえて計算すると便利ですよね。

もしすんなり分かるのであれば、あなたは問題ありませんね。もし分からなければ、これからお見せする具体的な解説を見てください。


今回の例で言えば、安全率10をみた荷重に耐えるためには、

M6ボルトの場合、最低45本の締結が必要
M8ボルトの場合、最低25本の締結が必要
M10ボルトの場合、最低16本の締結が必要
M12ボルトの場合、最低11本の締結が必要

ということになります。

今回私が作成したエクセルでは、黄色のシート、つまり荷重と安全率だけが入力であとは自動計算できるようにしています。こうすることで、いろんな荷重計算を一瞬で確認することができ便利です。

モーメント方向のボルトの荷重計算方法はこちら

あなたもぜひ日々の設計に役立ててください。


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