ボルトはさまざまな機械部品の組み立てや接合に広く使われている。溶接や熱を使わずに強固な接合ができるのはなぜでしょうか。ボルトの使い方を誤ると、折れたり破損したりすることがあります。そこで、ボルトの降伏強度を知っておくと便利です。しかし、多くの人はボルトの降伏強度の計算方法を知りません。.
ボルトの降伏強度は、ボルトが耐えられる最大応力であることを忘れないでください。この限度を超えると、ボルトは変形、あるいは破断し、接合部分の破損につながります。ボルトの降伏強度が分かれば、それを使ってボルトを正しく使うことができます。今回は、ボルトの降伏強度の計算方法を説明します。それでは始めましょう。.
ボルトの降伏強度とは何か、なぜ重要なのか？
計算に入る前に、まずボルトの降伏強度の基本を理解しよう。.
ボルトの降伏強度は、ボルトが耐えられる最大応力を示す。このレベルを超えると、ボルトは過大な応力を受け、変形し、最終的には破断する可能性があります。ボルトは降伏強度の範囲内で使用しなければなりません。これにより、ボルトが高い圧力にさらされたり、伸びたりして、接続部が破損することがなくなります。ボルトのサイズごとに、降伏強度のレベルは異なります。.
先ほど申し上げたように、ボルトにはグレードの異なる種類があります。例えば、グレード8.8やグレード10.9などです。これらのボルトは、それぞれ等級と降伏強度が異なります。一般的に、グレード8.8はグレード10.9よりも降伏強度が低い。 これらのボルト等級の選択は、用途や用途によって異なります。.
適切なボルト等級は、2つの部品間のジョイントを長持ちさせるのに役立ちます。例えば、緩みのない非常に堅い接合部が必要だとします。このような場合、より高い応力に耐えられる、より高い等級のボルトが使われます。より大きな力でボルトを締めることができます。高い応力がかかっても、ボルトは伸びたり変形したりせず、しっかりと固定されます。.
ボルトは通常、降伏強度の70%程度まで締め付ける。これにより、2つの部品間の強固な接続と確実な締結が保証されます。さらに、必要なときに、過負荷やオーバークランプをかけることなく、ボルトを簡単に取り外すことができます。降伏強度の70%は、ボルトが応力を超えて永久に変形したり破断したりしないことも保証します。.
ボルトの降伏強度の重要性
ボルトの降伏強度を理解することは、2つの機械部品間の接続において非常に重要です。ボルトの降伏強度を知らないと、間違った使い方をする可能性が高くなります。ボルトの降伏強度が重要である主な理由は以下の通りです：
- 2つの部品を接続する場合、さまざまなサイズのボルトが必要になります。非常に強固な接続が必要な場合は、降伏強度の高いボルトを使います。こうすることで、ボルトはより大きな荷重に耐え、部品の結合を維持することができます。.
- 上で述べたように、ボルトの等級によって降伏強度が異なります。そのため、ボルトの降伏強度を理解していないと、これらのボルト等級を選択するのに戸惑うことがあります。ボルトの降伏強度を理解すれば、ニーズに合ったボルト等級を選ぶことができます。.
- ボルトが不適切なために、構造部品に不具合が生じることがあります。このようなボルトは、高い応力に直面すると伸びます。その結果、部品間の接続が緩み、故障につながります。正しいボルトの歩留まり強度を知っていれば、正しいボルトを選ぶことができます。このボルトは安定した状態を保ち、部品の破損を防ぎます。.
ボルトの降伏強度を計算するには？
ボルトの降伏強度の計算は、計算式さえ知っていれば簡単です。計算には、次の3つの重要なパラメータがあります：
- 降伏点における応力。.
- 断面積
以下は、ボルトの降伏強度を求めるために使用する正確な式です。.
ボルト降伏強度＝降伏点応力×有効断面積
F(y) = A (t) × S (y)
F (y)は降伏力（材料が耐えられる応力）である。この限界を超えると、ボルトは永久変形するか、破断します。A (t)は、ボルトが引張応力に直面する有効面積です。ご存知のように、どの材料にも固有の降伏強さがあり、それはS (y)で表されます。.
等級10.9のボルトがある場合を想定してみましょう。この場合のボルトのサイズはM12です。この2つのパラメータは、材料の降伏強度と断面積を理解するのに役立ちます。等級10.9、サイズM12のボルトの場合：
降伏強さ = 940 MPa
引張応力面積＝84.3mm²。
この値を上記の式に当てはめれば、正確な降伏力を求めることができる：
F(y) = 84.3 × 940 = =79,242 N
この79,242Nは、このボルトが耐えられる最大降伏力（力）である。この力を超えるとボルトが変形したり、折れたりします。ボルトを締めるときは、この力の70～80%で締めることを忘れないでください。これは、ボルトが機械部品を保持するのに十分な締め付けになる最も安全な限界です。この応力であれば、ボルトを取り外すこともできるでしょう。.
メートル法とインペリアル法：ボルトの降伏強度の計算への影響は？
メートル法と帝国法は2つの異なる単位系である。世界のさまざまな地域で使用されている。例えば、アメリカやカナダでは一般的に帝国制が採用されている。一方、ヨーロッパを含む世界の他の地域ではメートル法が好まれます。インペリアル・システムを使用する国では、SAEまたはASTM規格に従います。.
一方、メートル法はISO規格に準拠しています。しかし、ボルトの降伏強さを計算する式は、どちらの単位系でも同じで、次のようになります：
F(y) = A (t) × S (y)
しかし、値やパラメータは異なる単位で表記される。メートル法では;
引張応力面積 = mm²
降伏強度 S (y) = MPa
力＝ニュートン（N）
一方、インペリアル・システムでは単位が異なり、以下のようになる：
引張応力領域 in²
降伏強度 S (y) = Psi
力＝ポンド-力（lbf）
同じ計算式を使用しているにもかかわらず、異なる単位を使用しているため、異なる結果が得られます。しかし、これらの単位や値は互換性がある。.
ボルトサイズから断面積を知るには？
上で述べたように、断面積を知ることはボルトの降伏強度を計算する上で重要です。しかし、ボルトのサイズによって断面積が異なるため、混乱することがあります。以下に断面積を求めるための正確な計算式を示します：
A = (π÷4) × d²
しかし、この式を使って断面積（引張応力面積）を求めるのは面倒です。ISO/SAEの表には、ボルトのサイズ別に正確な断面積を示したものがあります。M6、M10、M12などです。これにより、毎回断面を計算する手間が省けます。代わりに、表を参照し、異なるボルトサイズの正確な面積を得ることができます。.
ここに断面積を求める表を示す：
| ボルトサイズ | 引張応力面積 (Am_209C) |
| M6 | 20.1 mm² |
| M7 | 28.9 mm² |
| M8 | 36.6 mm² |
| M10 | 58.0 mm² |
| M12 | 84.3 mm² |
| M14 | 115 mm² |
| M16 | 157 mm² |
一般的なボルト等級の降伏強さ
ボルトの等級によって、その材料構成が異なる。等級が高いボルトは降伏強度が高く、その逆も同様です。ボルト等級とボルトのサイズは異なるパラメータです。ボルト等級は、ボルトの強度とその組成を示すだけです。.
一方、ボルトサイズとは、その大きさと寸法のことである。同じ等級でボルトサイズが異なる2つのボルトは、降伏強度が異なります。以下に、異なるボルト等級とその降伏強さを示す表を示します。これらの等級はISO規格にあるもので、ボルトサイズの違いによって変わる可能性があるため、固定されているとは考えないでください：
| ボルトグレード | 降伏強さ (MPa) |
| 4.6 | 240 MPa |
| 5.8 | 400 MPa |
| 8.8 | 640 MPa |
| 10.9 | 940 MPa |
| 12.9 | 1100 MPa |
前述したように、帝国単位系はISO規格ではなくSAE規格に従っている。SAE規格によると、ボルトの等級はグレード2、5、8で表されます。下の表は、これらの等級の降伏強度を示しています：
| ボルトグレード | 降伏強さ（Psi） |
| グレード2 | 57,000 psi |
| グレード5 | 92,000 psi |
| グレード8 | 130,000 psi |
よくある質問
グレード8.8のボルトの強度は？
グレード8.8のボルトは、引張強度と降伏強度に優れ、より強度が高いとされている。正確には 引張 と降伏強度はそれぞれ830MPaと640MPaである。.
とは何が違うのか？ 降伏強さと引張強さ?
降伏強度と引張強度は異なるパラメータである。降伏強度は、材料が変形し始める応力のレベルを示す。. 引張強さとは (材料やボルトが破断して損傷する（応力の）レベル。.
ボルトは降伏強度を超えて使用できますか？
ボルトの降伏強度を超えて使用することはできません。使用した場合、ボルトは変形して伸び、その結果、接続が緩くなります。その結果、ボルトを介して接合されている構造部品や機械部品が最終的に破損することになります。.
ボルトの最も安全な荷重は？
ボルトにとって最も安全な荷重は、全降伏強度の70～75%程度です。この力または応力では、ボルトは部品を確実に保持します。さらに、耐久性が長く保たれ、ボルトの取り外しもこの最適な力（荷重）であれば簡単です。.
結論
結論から言うと、ボルトは2つの部品を接合するための重要なファスナーです。しかし、ボルトにはそれぞれ固有の降伏強度があります。その限界を超えて使用すると、ボルトは変形し始めます。一度変形すると、ボルトは伸びて緩んでしまいます。その結果、ボルトの性能は低下し、構造部品を固定することができなくなります。.
注目すべきは、ボルトを使用する前に、ボルトの降伏強度を知っておく必要があるということです。接合する部品が壊れやすいものであれば、なおさら重要です。なぜなら、ボルトが降伏強度を超えると、変形して破断し、接合部が破損するからです。その結果、接合された部品はばらばらになり、最終的には壊れてしまうのです。この記事では、降伏強度の計算に関するすべてを説明しました。.