部品固定に必要なボルト軸力

３０センチ四方の厚さ５ミリの鉄製の板二枚の四隅に４つ穴をあけてボルトとナットで固定します。
それぞれのボルトに長さ５センチの円筒のスペーサーを入れて締結します。板と板の間に５センチの空間を持って、二枚の板が固定されます。※ナットは片方の板に溶接されている。このとき、一本のネジに必要な軸力はどのように求めたら良いでしょうか。使用するボルトと締め付けトルク支持決定のため、計算をしたいと思っております。

No.3 回答者： rukuku 回答日時： 2014/12/21 02:31

機械の設計の経験はありませんし組み立ての現場は６～７年くらい携わっていませんので、当時勉強したことの記憶を頼りに、解決に微力ながら協力できれば思って、回答します。

問題は、「鉄板２枚にどのような方向の力が加わるのか」
です。
・引っ張り方向でしたら、ボルト・ナットの材質と太さで決まります。
　トルクはボルト・ナットの「弱い方」で決まりますので、想定される張力から太さを決めてください。
・圧縮方向でしたら、ボルト・ナットよりも、スペーサーの強度も問題になります。
金属は、圧縮方向には「座屈（要は曲がってしまう）」に弱いので、それなりの太さが必要です。（座屈に関しては、経験則による計算式がいくつかありますので、参考にしてみてください）
・横向きの方向
ボルト・ナットでは摩擦力でしか対応できません。ノックピンの使用をお勧めします。

No.2 回答者： mpascal 回答日時： 2014/12/11 10:35

実際には、その構造物にどのような力が掛かるかによって、必要なボルト軸力が出てきます。

しかし、たぶん今回の様な構造物の場合、どのような力が掛かるのかのを特定するのも難しいかもしれませんね。

あとは、経験と勘でボルト太さを決め、ボルトの降伏応力、ボルトの座面面圧、スペーサーの圧縮応力等をチェックして締め付けトルクを決定します。

No.1 回答者： kimamaoyaji 回答日時： 2014/12/10 21:26

それだけじゃ計算できないでしょう、そもそも締め付けトルクは、2枚の板にかかる応力を元に、締め付けトルクが決定され、それによりネジ径や材質が決定されます。

適当なネジで計算して締め付けトルクを決めた所で2枚の板に応力が遥かに大きければネジは切断されてしまいます、逆に応力よりも遥かに大きなトルクで締めた所で大きなボルトナットを使っているだけという事になります。
何のためにそのネジのトルクを決めるかという事が逆転しているので、ネジの締め付けトルクに対して、どんな材質のネジを使い、それによりどの位のネジ径が必要か判断されるべきものです。