なぜボルトが折れたのか？

工業生産において、ボルトは頻繁に破損します。では、なぜボルトは破損するのでしょうか？今回は、主に4つの側面から分析します。

実際、ボルトの破損のほとんどは緩みが原因であり、緩みによって破損するのです。ボルトの緩みと破損の状況は疲労破壊とほぼ同じなので、最終的には疲労強度から原因を突き止めることができます。実際、疲労強度は想像を絶するほど大きく、ボルトは使用中に疲労強度を全く必要としません。

まず、ボルトの破損はボルトの引張強度によるものではありません。

M20×80グレード8.8の高強度ボルトを例にとってみましょう。その重量はわずか0.2kgですが、最小引張荷重は20tで、自重の10万倍にもなります。通常、このボルトは20kg程度の部品を固定するために使用され、最大耐荷重の1000分の1しか使用しません。装置内の他の力が作用しても、部品の重量の1000倍もの荷重を貫通することは不可能なので、ねじ込み式締結具の引張強度は十分であり、強度不足でボルトが破損することはありません。

第二に、ボルトの破損はボルトの疲労強度によるものではない。

横方向振動による緩み試験では、締結具は100回しか緩めることができませんが、疲労強度試験では100万回も繰り返し振動させる必要があります。つまり、ねじ付き締結具は疲労強度の1万分の1しか使用していないため、緩みはボルトの疲労強度によるものではありません。

第三に、ねじ込み式締結具の損傷の本当の原因は緩みである。

締結具が緩むと、巨大な運動エネルギーmv2が発生し、それが締結具と機器に直接作用して締結具を損傷します。締結具が損傷すると、機器は正常に動作できなくなり、さらに機器の損傷につながります。

軸方向の力が加わると、締結具のねじ山が破壊され、ボルトが抜け落ちる。

半径方向の力が加わる締結具の場合、ボルトはせん断され、ボルト穴は楕円形になる。

4つ目は、優れたロック効果を持つねじロック方法を選択することが、問題を解決する基本であるということです。

油圧ハンマーを例にとってみましょう。GT80油圧ハンマーの重量は1.663トンで、側面のボルトはクラス10.9のM42ボルトが7セット使用されています。各ボルトの引張力は110トンで、予締め力は引張力の半分として計算され、予締め力は300～400トンにもなります。しかし、ボルトが破損してしまうため、M48ボルトへの交換を検討しています。根本的な原因は、ボルトロックでは解決できないことです。

ボルトが破損した場合、強度不足が原因だと容易に判断できるため、多くの人はボルト径の強度等級を上げる方法を採用します。この方法により、ボルトの予締め力が増加し、摩擦力も向上します。もちろん、緩み防止効果も向上します。しかし、この方法は実際には非専門的な方法であり、投資額が大きすぎる割に利益が少ないという問題があります。

要するに、ボルトは「緩めなければ壊れる」ということだ。