ネジ山のせん断強度について

ネジの引き抜きによる、ねじ山のせん断強度について質問させて頂きます。

M4小ネジとM5小ネジをそれぞれ埋め込み深さ4mmとして引き抜き比較した場合、M4はネジ山の面積(接触面)は小さいですが、ねじ山のかかり数は多くなり、M5はネジ山の面積は大きいですが、ねじのかかり数は少なくなります。
M4とM5、どちらが引き抜き強度としては強いのでしょうか？

・それぞれのネジ、母材の材質は同じとします。
・ネジの有効断面積は考えないものとします。
・ネジ山ピッチはJISにのっとります。

知識のある方、またはねじ山の強度等分かる資料ありましたら教えて頂きたいです。

No.1 ベストアンサー 回答者： mocmoc 回答日時： 2019/11/14 18:07

M4(ピッチ0.7)とM5(ピッチ0.8)。

ねじ込み深さ4mm(これは単純にネジ山が均等に山掛かりしている部分と解釈)

外径にせん断荷重が掛かると考えた場合おおよそ
M4 4π･4 ＝ 50.24
M5 5π･4 ＝ 62.8
が荷重を受ける面積(平方ミリメートル)になります。
つまり、入力を広い面積で受け止める方が有利(高耐性)なので、M5となります。

ボルト谷で計算しても当然「谷部の」径)で決まるので、M5がM4より小さくなることはないですよね。
ちなみに谷の直径は単純値で、M4 2.788mm、M5 3.616 。

これで概ね計算できるというのは
＞ねじのかかり数は少なくなります
＞
が関係ないからですね(驚きですね)。
力の掛かる部分は単純化した場合、雄ネジの谷部か雌ねじの谷部の「ネジ山の付け根部分の径と近似値」になるからと、結局深さ4mmがお互いのネジ山が接触している厚さ(深さ)なのですから。
(ちなみにネジの緩み安さはこれが関わりますが、結局太い方が有利)

これは検索で見つけたある大学の講師の方の講義ノートにも載っていることで証明できるので、自分のような怪しい回答者の持論ではなく、信用できるかと。

この回答へのお礼

ご教授ありがとうございます。
実際に簡易的な引っ張り試験機を作製して引っ張ってみたのですが、雄ネジの谷部にて破断してしまい、
有効な結果が得られなかったので非常に助かりました。

根拠となる情報もいただきましたので、ベストアンサーとさせていただきます。

お礼日時：2019/11/15 14:41

No.2 回答者： gisahan 回答日時： 2019/11/15 12:06

実際上の細かい話も。

　ねじの引き抜き耐力はねじの有効径で計算するというのを聞いたことがありますが、結論から言えば同じ。

試験的には何本かを実際にナットなどを付けて試験機で引っ張って測定して、合否を判定しています。

確かに力が負担される面積が増えれば、断面応力が減少するので（大学の先生が言う）有利なのは間違いないのですが・・・

しかし、ねじの部分全体に均等に力がかかっているということはあり得ないし＊、形状的にも谷径の部分で破壊するとは限らないので、それはそれでねじ部分の全体長さで計算されるべきではないでしょう。
（ほんの少しの伸びが発生した状況でも、呼び径の８０％の範囲を超えて持ちこたえることはない）
そこであなたの指摘される深さ４ｍｍという値が問題になってくるかもしれない。

＊１説には、３山程度という話もありますが、この間での切断面の増加比率が穴の面取りや小ねじの先の面取り長さの関係で、有効断面積が相殺されるという点です。

私の感触ではどちらも同程度というのが回答です。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
大変分かりやすく説明いただき分かりやすかったです。
実際に簡易的な試験機を作製して試してみたのですが、雄ネジの谷部にて破断してしまい、
有効な結果が得られなかったので貴重な意見、参考にさせていただきます。

またなにかありましたら宜しくお願い致します。

お礼日時：2019/11/15 14:45