材料力学用語辞典：ボルト締結部の締付け線図
00:00 ボルト締結部とは
01:31 ボルト締結部の締付け線図
03:26 締付け線図の活用方法１
05:41 締付け線図の活用方法2
06:51 まとめ
【書き起こし】(2) ボルト締結部の締付け線図ってなに？力学的に優れた構造なことが分かります！材料力学の専門用語を分かりやすく説明【材料力学用語辞典】
(00:01) こんにちは 材料力学養護辞典では 材料力学で出てくる 専門用語をわかりやすく説明していきます 今日の用語はボルト締結部の締め付け線図 ですこの図を見るとボルト締結部が力学的 に優れた構造であることがわかります ボルト 締結はボルトとナットを使ってボルト穴の ある複数の板を締結して固定する構造です 締結されるもののことを非締結体と言い ます 締結するときは 非低血体のボルト穴が重なるように置いて ボルトとナットで固定します 断面を見るとこのようになります 非低血体のボルト穴にボルトを通して 飛び出たボルトにナットをはめます初めは 手で回転できるのでくるくると回すと隙間 がなくなります 隙間がなくなったら工具を使って適切な トルクで締め付けますするとボルトは 引っ張られてボルトに引っ張り力が作用し ますこの力をボルトの軸力と言います
(01:08) 軸力の適正な大きさはボルトの寸法や材料 などによって決まっていますボルトに軸力 が作用するとその引っ張り力と釣り合う ように 非締結体には圧縮力が作用しますこのよう にボルトに引っ張り力 非低血体に圧縮力が作用する状態で使わ れることがボルト締結の大きな特徴です ボルト締結部の力の状態を表す図に 締め付け線図というものがありますこの図 を見ていきましょう 縦軸が荷重横軸が変形量のグラフを考え ますまずボルトに 軸力が作用する場合 男性変形の範囲であれば 荷重と変形量は線形に増えます 次にボルト締結部全体を考えますボルトを 締め付けて軸力が作用すると 荷重と変形量の関係は先ほどのボルトだけ の時と同じになりますボルトの軸力をFと すると 非締結帯にはこの軸力Fと釣り合うように
(02:12) 圧縮力が作用します 非低血体に作用する 圧縮力はマイナスFです 圧縮なので荷重と変異はどちらもマイナス で 男性変形であればこれらの関係は線形です この時ボルトと非低血体は合成が異なるの で2つの線の傾きは異なります この2本の線がボルト締結部の力の状態を 表すことになりますただしこのままだと 使いにくいので グラフを少しいじりましょう 非締結体の荷重はマイナスですがボルトが 引っ張りで非低血体が圧縮になることは わかっているので 符号は無視しても大丈夫ですねそこで 非締結体の線をパタンと折り返します 次に 非締結帯の線を横にスライドして 非締結帯の荷重変位関係とボルトの荷重 変位関係がボルトの軸力の高さで重なる ようにします このように作成した図のことを 締め付け線図と言いますなぜ
(03:16) 非締結体の線を折り返したりスライドし たりするのでしょうか実はこの図を使うと ボルト締結部の力学状態を理解しやすく なるからです 具体的に 締め付け線図の活用方法を見ていき ましょうボルト 締結部を締め付けて 軸力や圧縮力が作用するときボルトの軸力 と非締結帯の圧縮力はどちらもFです 締め付け線図を書くと 締め付けた状態ではボルトの荷重変位関係 と非締結帯の荷重変位関係はどちらもこの 位置にいますこの締結部の2枚の板を 引き剥がそうとする引っ張り力Wが作用 するとき力の状態はどうなるでしょうか 締め付け線図を使って考えましょう 締結部に引っ張り力が作用するのでボルト は引っ張られます したがってボルトの軸力が大きくなり ボルトの荷重変位関係は右上に延長され ます この長さがボルトの伸び量ですまたボルト だけでなく非締結体も引っ張られて伸び
(04:20) ますボルトと非低血体に隙間はないので ボルトの伸び量と非締結帯の伸び量は同じ になります つまり 非締結体の状態はこの位置に移動して 締め付けた時の圧縮力の一部が打ち消され て小さくなりますボルトが引っ張られる力 と非低血体が引っ張られる力を足すと荷重 Wと釣り合うので 図のこの部分がWです WをこのようにW1とW2に分けるとW1 がボルトが受け持つ力W2が非低血体が 受け持つ力ですこの 図からボルト締結部全体にWが作用する ときボルトが受け持つ力はWよりも小さい w1になりますつまり全体に作用する力の 一部は非低血体が受け持ってくれるので ボルトが全部受け持たなくても良いです このようにボルト締結部ではボルトと非低 血体が強力して力を受け持つという力学的 に優れた構造であることがわかりますね
(05:26) なおW1とWの比を無い外力比といい一般 にファイで表しますこの値が小さいほど 概力が作用した時にボルトが受け持つ力が 小さくボルトが破断することを防ぎやすく なります 締め付け線図の2つ目の活用方法ですこの 図を使うと 締結できる限界がわかります 締結部に荷重Wが作用するとボルトの軸力 が大きくなり 非締結帯の圧縮力は小さくなりますWが 大きくなるとさらにボルトの軸力が大きく 非低血体の圧縮力が小さくなりますそして さらにWが大きくなると 非締結帯の圧縮力が0になります 圧縮力が0ということはゆるゆるの状態で もはや締結できていませんこの状態では 固定できないだけでなく 荷重をボルトだけで受け持つのでボルト 締結の力学的なメリットを全く活かせなく なりますね このように 締め付け線図を用いると
(06:29) 締結できる限界の荷重が視覚的にわかり ますね なお実際にボルト締結部を用いる時は他に も 適切な磁力の求め方やその軸力の与え方 材料の組み合わせや緩みの防止など様々な ことを考慮する必要がありますそれらに ついては別の動画で紹介する予定です まとめです 複数の部材をボルトで固定する締結方法を ボルト締結といいボルトに引っ張りの軸力 非締結帯に軸力と釣り合う圧縮力が作用 する状態で用いられますボルト 締結では 締結部に作用する荷重をボルトと非締結体 で分担して受け持つことができますボルト と非締結帯の荷重変位関係を表す図を 締め付け線図と言いますボルトと非低血体 が受け持つ力の分担などボルト締結の力学 的な特徴を可視化できます 今回のご視聴ありがとうございましたこの チャンネルでは
(07:32) 材料力学をわかりやすく紹介したり 材料力学を生活に役立てたりしています ぜひそれらの動画もご覧ください チャンネル登録と高評価もお願いします それでは次回の動画でお会いしましょう
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