ねじ山は3山以上かけましょう。

関連ブログ１　

【ボルトの押す力は結構大きい】

関連ブログ２　

【座金の存在意義を考える】

関連ブログ３　

【普通のボルトの話から安全率を考える】

関連ブログ４　

【ねじ山は3山以上かけましょう。】　本記事

3山という数字には根拠があります。計算して確認していきます。

根拠はねじの「引張り破壊」VS「ねじ山（谷）のせん断破壊」です。ねじの強度を検討するときはねじの有効径と強度区分から引張の破壊を検討しますよね。

例えば強度区分４．８では破損応力は4×8＝32kgf／mm^2＝314N／mm^2となります。M6を使うとすると有効断面積は22.48mm^2になります。

よって引張り荷重Pは　314×22.48＝7058.7N　加わったときに破損、つまり変形します。

また強度区分4.8では引張強度が40kgf／mm^2＝392N／mm^2となります。M6の場合は392×22.48=8812.2Nの引張荷重が加わったときに破断する、つまりちぎれます。

ねじ山のかかりが少ないとねじの引張による破壊よりも、先にねじ山部がせん断で破壊されてしまいます。

これを計算すると必要なねじ山のかかり数が出てきます。M６までであればおよそ2山前後になります。余裕を見て3山以上を確保するようにしています。

雄（お）ねじと雌（め）ねじを同時に考えるとややこしいので雄ねじを考えます。

はじめにで見たように強度区分4.8、M6のねじは引張り荷重P=314×22.48＝7058.7Nで変形します。

このときPが7058.7N以下で「せん断によるねじ山変形」が生じたらどうでしょうか。困りますよね。

σaを許容引張応力とすると次の関係が成り立ちます。

σ≧σa

σt≧0.8σa　→　σt／0.8≧σa

ねじの規定ではないのが恐縮ですが、圧力容器の関して規定しているJIS　B 8265　によると許容せん断応力は許容引張応力の0.8倍です。上の関係はそこからきています。

このとき、σ（引張応力）よりもσt（せん断応力）の方が大きいと、せん断破壊あるいは変形が先に起こってしまいます。

よって次の関係が成り立つ必要があります。

σ≧σt／0.8　③

①②③式から次のようになります。

P／（π×d2^2／4）≧[Ｐ／（π×ｄ１×Ｌ×ｓ）]／0.8

（π×d1×Ｌ×ｓ）×0.8≧（π×d2^2／4）

ｓ≧d2^2／（d1×Ｌ×3.2）　④

④式の関係からかみ合い山数が計算できます。

M1.6はｓ≧1.379

M6はｓ≧1.82

M10はｓ≧2.026

M24はｓ≧2.441

M36はｓ≧2.752

となります。

以上から安全率をどこまで見るか次第ですが、私は安全を見てねじの周辺を設計する際の基準にM6程度までは3山が最低。M8以上は4山以上のかみ合い数を確保するようにしています。＊あくまで設計検討するための最小ねじ山数です。

以上の計算はおねじを見てきましたが、雌ねじ側を考えるとどうでしょうか。たとえば雌ねじ側の材料にSS400を使った場合、その耐力（これ以上の力が加わると変形してしまう値）は板厚16mm以下で245N/mm^2です。おねじは強度区分4.8とすると320N/mm^2です。

雌ねじ側の方が弱いですよね。つまり先に見た最小ねじ山では雌ねじ側のねじ山がせん断変形する可能性があります。

よって材質とその強度によってはより多くのかみ合い数が必要になります。

材質に合わせた設計基準としてねじ深さを

　１．０Ｄ　～　２．０Ｄ以上

と定めているところもあります。

Ｍ６の場合、１．５Ｄ以上とすると、６×１．５＝９㎜以上のかみ合い長さが必要ということになります。

最後にある機械メーカーさんでの基準例を書いておきます。

雌ネジ材質　　かかり代

　　　鋼　　　　　1.0D

　　　鋳鉄　　　　1.5D

　　　ｱﾙﾐ　　　　  2.0D

前のブログは空気は無料ではありません！②

次のブログは未定です。

<前のブログ　次のブログ>

技術資料一覧はこちらから⇒「技術資料」