第6回「ボルトって不思議」

花とおじさん
- Yuki ＆ Sho 第６回
『ボルトって不思議』
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© 2014 Technostar Co., Ltd. 登場人物
Yuki
Sho
所属：株式会社テクノスター
所属：株式会社テクノスター
入社5年目．
以前は，二輪メーカのY社で
エンジン設計やCAEを担当した
この道ウン十年のベテラン．
何の因果かCAE業界に入っ
てきた理系女．
今は技術顧問としてYukiと
同じ職場に！
主な仕事は，仕様書の作成、
ソフトウェアのテストに受託
業務も！
Yukiにとっては何でも相
談できる，父親みたいな
存在である．
専門用語や業界用語にまだ
まだ四苦八苦している．
日常生活の非線形問題という
よりは、脂肪肝の問題に苦労し
ている。
線形と非線形の違いは分
かったが、Shoさんの非線形
な日常生活にはちょっと
ビックリ。
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© 2014 Technostar Co., Ltd. YukiはPreの仕様書作成をしていたが、顧客がどうしてボルト作成機能を特別に依頼されるのかよく分からない。
ここはひとつShoに聞いてみよう。
色々なものを組み立てるのに
ボルトがよく使われるのは分か
るんですが、設計する上でボル
トってそんなに大事何ですか？
ボトルですか？
（前回の話題に出たワインのボトルから
抜け出せないSho）
違いますよ！ボ・ル・トです。
あー、ボルトは設計する上でとても大切な部品ですよ。
しかも簡単そうで奥が深いし、
問題が起きた時には影響が大きいですからね。
そうなんですか。
私にはよく分からないんですけど・・・。
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© 2014 Technostar Co., Ltd. 45kgf=Yuki
例えばここにある物をボルトで固定してあったとしましょう。
そうですね、分かりやすくするために軸力45kgfの力で締
めてあったとします。
このボルトにYukiさんがぶら下がったら、
ボルトはどうなるでしょうか？
ボルトは70kgfの軸力で破損するとしましょう。
ボルトの軸力45kgfに私の体重、仮に45kgとすると、
合計で90kgfになりますからアウトです。
実はそう簡単ではないんですよ。
えーっ！どうしてですか？
例えばボルトが45kgfで1mm伸びると仮定しましょう。
つまりばね定数は45kgf/mmということになります。
そして固定物のばね定数もボルトと同じ45kgf/mmという
ことにしましょう。
締めあげた時にボルトは1mm伸びて軸力が45kgfになり、
固定物は1mm縮んで45kgfで圧縮されます。
これを図に描くと次のようになりますね。
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© 2014 Technostar Co., Ltd. ボルトを締めるとこうなる
固定物には圧縮力
ボルトには引張り力
ボルトは1mm伸びる
固定物は1mm縮む
確かにそうなりますね。
でも私がぶら下がったらどうなりますか？
それじゃぁ
次の図を見てください。
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© 2014 Technostar Co., Ltd. 固定物のばね
ボルトのばね
=
この場合はボルトと固定物
の2本のばねにYukiさんが
ぶら下がるのと同じ状態に
なります。
気持ち不安なんですけど、
ほんとに大丈夫なの、Shoさん！
丈夫そうで、安心ね。
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© 2014 Technostar Co., Ltd. この場合二つのばね定数が同じですから、
それぞれのばねはYukiさんの体重の半分づつの22.5kgを支えることになります。
つまりボルトはさらに0.5mm伸びて軸力は
45＋22.5で67.5kgfになります。
固定物は0.5mm縮み量が減って圧縮力は
45‐22.5=22.5kgfということになりますね。
と言う事は、ボルトは70kgfまで大丈夫なら、
私がぶら下がっても67.5kgfですから
セーフですね。でも、不思議！
固定物に働く力（kgf）
−45＋45×0.5＝−22.5
ボルトに働く力（kgf）
45＋45×0.5＝67.5
0.5mm伸びる
45kgf
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© 2014 Technostar Co., Ltd. これをグラフにまとめると次のようになります。
締めあげた時がP0点です。
これにYukiさんがぶら下がるとP1、P2になって、
ボルトと固定物がそれぞれ力を分担するんです。
力（kgf）
P1
締結時の長さ
締結力
45kgf
ボルト軸力増加
22.5kgf
P0
合計45kgf
固定物圧縮力減少
−22.5kgf
P2
長さ（mm）
ボルトの伸び
（1mm）
固定物の縮み
（−1mm）
もし、Shoさんがぶら下がったらどうなりますか？
（たぶんアウトだと思うけどなぁ）
私の場合ですか？
体重66kgですから軸力は45＋66/2で78kgfに
なってしまい、アウトですね。
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© 2014 Technostar Co., Ltd. 対策はやっぱりダイエットですかね。
いやいや、他にも手がありますよ。
固定物の材料変更です。
仮に現状よりヤング率が2倍の材料に替
えられれば助かりますよ？
えーっ！どうしてですか？
この場合固定物のばね定数が2倍になりますから
グラフに描くと次のようになります。
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© 2014 Technostar Co., Ltd. 力（kgf）
66kgfをボルトと固定物で負担するのですが、
固定物の負担が大きくなってボルトが楽になるんです。
P1
締結時の長さ
締結力
45kgf
ボルト軸力増加
22kgf
P0
合計66kgf
固定物圧縮力減少
−44kgf
P2
従ってボルトの軸力アップは
22kgfで、初期の45kgfと合計
しても67kgfでセーフです。
（ふーっ、助かった）
長さ（mm）
ボルトの伸び
（1mm）
固定物の縮み
（−0.5mm）
でもダメだと思います。
えーっ！どうしてですか？
だって、固定物の圧縮力が減って、
余裕はあと1kgfしかありませんよ。
安全な設計とは言えないのでは？
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© 2014 Technostar Co., Ltd. ・・・するどいなぁ
そっ、そうです。その通りです。
本番の設計ならもう少し慎重に検討する
必要がありますね。
それはそうと、そろそろお腹が空き
ましたね。ランチに行きませんか？
そうですね。
行きましょう。
（今日はShoさんのおかげでボルトの大切さが良く分
かったなぁ。感謝！感謝！でも、いつもは誤魔化されて
ばっかりだけど、今日はひょっとして勝ったかも。。。）
と言う訳で、YukiとShoは赤坂見附の和食屋『福ろう』に行ってお昼の定食を食べた。
おっ、だし巻き玉子
1つもらえるかな？
鰹のたたき定食
えーっ！
Shoさんのほうは
交換するものない
じゃないですか。
ダメです。
鮭の西京焼定食
To be continued
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© 2014 Technostar Co., Ltd. 次回のテーマは
「適材適所」です。
次回も、
お楽しみに！
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© 2014 Technostar Co., Ltd.

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