ねじの緩みため

Question

今回、ねじを締めるトルクを決定しようとしてねじの下にロードセルを置き、軸力を計測しました。
その結果、おねじとめねじの組み合わせにかかわらず軸力が計測ごとに大幅に低下していきます。なぜでしょうか？宜しくお願いします。

条件
・M8のねじ（P=1.25、0.75の二種類）
・ねじは座面が接触しない止めねじに近い状態
・加えたトルクは、トルクレンチで６N・ｍ
・おねじの材質は、SUS410、SCM435の二種類
・めねじの材質は、SUS304、C3604、S45Cの三種類
・ロードセルは点接触のため、間にブロックゲージを
　はさみ、ねじ側は面接触で真上から力が加わる状態
・おねじとめねじは、脱脂洗浄直後に使用
・おねじとめねじの接触長さは、20mm
・二回目は一回計測後、わずかに緩め再度締める

考えられそうなこと
・へたり？
・なにかが摩擦係数に影響？
（摩擦係数が下がれば軸力はあがる？）
・一時的な形状変化？

ただし、軸力低下したねじを完全に外して、再度取り付け締めると完全ではないにしろ軸力が戻っています。その後締めるとまた軸力は低下していきます。

Answer

はじめまして
大学時代にこれとほぼ同じ研究に携わっておりました。
軸力が低下するということは摩擦係数が大きくなるということです。繰り返し締付けを行なうと、完全脱脂後のいわゆる無潤滑状態では摩擦係数が増加する傾向にあります。試しに繰り返し数を多くしてみてください。ネジの磨耗粉が出てくると思います。
また、マシン油や二硫化モリブデンなどのグリースを塗布した場合、摩擦係数は下がっていく傾向にあります。確か、潤滑の場合、10回程度の繰り返し締付けで潤滑が馴染み、摩擦係数が安定した記憶があります。
追記についての考察ですが、メネジの応力分布がどうなっているかご存知でしょうか？
下側（被締結体側）にいくにつれ応力が高くなる傾向にあります。ということは一度締め付けると、下側のネジ部は磨耗し摩擦係数を上昇させる。そこから少し緩めると摩擦係数が高いまま締付けを行なうことになるので軸力が低下する。一方、完全に外す場合、緩める過程で磨耗したネジ部が磨耗していない上のほうのネジ部と接触することで表面が慣らされ、摩擦係数が若干小さくなるということで説明できます。
以上、長くなりましたがご参考までにどうぞ。

Answer

かなり判りました。次の３点のうちいずれかが原因と推測します。

? 規定トルクで締付後，摩擦係数が大きくなる。
　　　Ｍ６ｘＰ＝０．７５の三角ネジの場合，締付トルクが同じであれば，
　　　摩擦係数μ＝０．１５のときの軸力を１００％とすると，
　　　μ＝０．２５のとき６５％，μ＝０．３５のとき４８％になります。
　　　締付後，ネジ面が乾燥することはありますか？

? 規定トルクで締付後，ボルト座面が座屈する。
　　　ボルト座面が「止めねじに近い状態」とは，エッジになっていて，
　　　つぶれやすいということでしょうか？
　　　もしそうならば，廃却することを前提に，
　　　座面を平らにヤスリがけして測定すると何か判るかもしれません。

? 規定トルクで締付後，ボルト座面又は／かつロードセル表面の温度が下がる。
　　　ロードセルは，変位に対して敏感です。締付直後温度上昇して，
　　　その後，徐々に温度が下がって一定になる。
　　　ドライヤなどで，冷やしながら締付けていくと，何か判るかもしれません。

Answer

状況が把握しきれません。こんなとき，実際に見ることができればいいんですが。

機械的な話ですから，原因は理論的だと思います。
ボルト軸力の計算式中どれかの変数が変化する，ロードセルの問題，ブロックゲージの問題のどれかでしょう。

? 同じボルトを使って何回やっても再現性がなければ，ロードセル又はブロックゲージに原因がある。
? 違う組み合わせ（材料が異なるなど）の時に再現性がなければ，ネジなどの寸法やガタが同一でない，摩擦係数が異なる。
? プロックゲージがその都度倒れがないか。

測定結果がおかしくても，何か傾向が出ていませんか？

Answer

> ・ねじは座面が接触しない止めねじに近い状態

何回か締め付け緩めを繰り返すとネジ先端が変形して食い付かなくなってきているのではないでしょうか。

ためしに一回締め緩めを行なったら、オネジのみ交換して測定してみたら如何ですか。

又，回数を増してデータを取ると何回目かあたりから数値は安定状態になるのではありませんか。

いろんな組み合わせでデータを取って解析することがベターと思われます。

以上，参考になれば幸いです。

ねじの緩みためについて