エンジニアのための技術講座

ローコストオートメーション講座

掲載日:2004年02月17日

カテゴリ : ローコストオートメーションと材料

第149回 LCAを支える機素材料の基本−4:材料選定とトラブル事例

 LCAをはじめ、建築構造物や輸送車輌などの全ての構造物が、多種の材料からなる部品で構成されています。第147回と第148回では、法隆寺の重要な構造部材の木材と鉄材を例に、構造材料の組合せの重要性を説明しました。ここでは2種類の金属材料を事例に、材料選定と機能不備について解説します。

材料選定とトラブル事例

 構造物の軽量化の狙いで、鉄系材料からアルミ系材料に構造部材を変更する場合があります。構造部材を変更する時には、鉄系材料とアルミ系材料の材料特性を理解して、周辺の採用技術を再度チェックする必要があります。

【事例】ボルトで構造部材を締付け固定する場合

●ねじ部の引張り破断荷重と材料強度の関係は次式です。

  W = As・σ
    W:引張り破断荷重(kg)
    As:ねじ部の有効断面積(mm2
    σ:ねじ部材料の引張り強度(kg/mm2

●鉄系部材からアルミ系部材に変更する場合は、材料特性(引張り強度、硬さ)が異なるため、ねじ固定部のトラブルが予測されます。

■トラブル事例
1. 同一寸法の設計にすると、アルミ部材のねじ部がせん断破壊されやすい
2. ボルト座面部でアルミ部材がへたり、使用中にねじがゆるむ

●これらのトラブルを予測して、対策を設計に盛込まなければなりません。

■対応策例
1. アルミ部材を厚くして、ヘリサートなどを併用
植込みボルトのねじ深さ(t)と材料の関係は下記が参考<機械工学便覧より>
a)鋳鋼鍛鋼・・植込みボルトのねじ深さ(t)=ボルト径(d)
b)鋳鉄・・・・植込みボルトのねじ深さ(t)=1.3d
c)アルミ材・・植込みボルトのねじ深さ(t)=1.8d
2. ボルトと座面の直角度の高精度化で偏当たりを回避
・ワッシャの有効活用
・締め付けトルク管理

 新幹線「のぞみ」のボルト脱落事故も類似の要因が挙げられています。(「アルミ化したらボルトが抜けた?」日経ニューマテリアル、1992、10-5より)

 次回から、機素材料について解説を続けます。

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