ボルトを締めると、ヘッドまたはナットの下に集中した圧力が発生します。接触面積が小さいと、関節全体に影響を与える可能性があります。あ 平ワッシャーは ファスナーと接合面の間にあります。軸受面積が増加し、局所的な面圧が軽減されます。また、素材を保護し、より安定した座面を作り出すことができます。これらの効果により、へこみ、埋め込み、および不要な予荷重損失が軽減される可能性があります。ただし、標準の平座金は緩み止めとして扱うべきではありません。ここでは、ワッシャーがいつ重要であるか、どこに配置する必要があるか、直径、厚さ、硬度がボルト接合の性能にどのように影響するかを学びます。
平ワッシャーがボルト接合部の荷重経路をどのように変更するか
ボルトを締め付けると、締結具の内部に張力が発生します。この張力により、接合部分の間に圧縮が生じます。ボルトの頭とナットは、この力を近くの材料に伝達する必要があります。
ワッシャーがないと座面が制限されます。ボルトの頭またはナットがジョイントに直接接触します。圧力はその比較的小さな領域の周囲に集中します。
平ワッシャーにより、別の荷重伝達面が追加されます。その外径は通常、ファスナーの直接座面よりも大きくなります。したがって、クランプ力はより広い領域を通ってジョイントに入る可能性があります。
ボルト頭またはナットの下のベアリング領域を増やす
この効果は、負荷パスを通じて理解するのが最も簡単です。
ワッシャーなしの場合:
ボルトまたはナット → 小さな軸受面積 → 接合材料
ワッシャー付き：
ボルトまたはナット → ワッシャー → 軸受面積の拡大 → 接合材
ワッシャーは、アセンブリ全体に均等に荷重を分散しません。その代わりに、ボルト穴付近の材料に力がどのように加わるかが変わります。
この違いは、柔らかい部品や薄い部品では重要になります。座面が小さいと、凹むほどの圧力がかかる可能性があります。ワッシャーの表面を広くすると、この局所的な集中を減らすことができます。
比較的薄いアルミニウム製ブラケットをクランプするスチール製ボルトを考えてみましょう。ボルトは荷重に対して十分な強度を有していればよい。ただし、柔らかいブラケットでもボルト頭の下で変形する可能性があります。ワッシャーを適切に選択すると、力がアルミニウムに伝わりやすくなります。
ボルトの予圧を増加させずに局所的なベアリング応力を軽減
ワッシャーを大きくしても、自動的にボルトの張力が大きくなるわけではありません。この区別は、ファスナーを選択する際に重要になります。 ボルトの予圧は、 締め付けられたボルトの内部に生じる張力を表します。 軸受圧力は、 ヘッド、ナット、またはワッシャーの下の接触圧力を表します。これらは関連していますが、同じではありません。
同じクランプ力の場合、有効軸受面積が増加すると、平均接触圧力が低下します。これは、相手材の圧縮強度が限られている場合に役立ちます。
この効果は、次のようなマテリアルに役立ちます。
薄い金属板。局所的な変形が起こりやすい
アルミニウム部品は、高い接触圧力によってへこむ可能性があります。
プラスチック部品。潰れやクリープに注意が必要です。
木材の組み立て品。ファスナーの下で繊維が圧縮される可能性があります。
コーティングされた表面。集中的に接触すると仕上げが損傷する可能性があります。
ワッシャーでは、不適切なボルト サイズや弱い接合部の設計を修正することはできません。正しく選択すると、より優れたベアリング インターフェイスが提供されるだけです。
平ワッシャーが締め付け時に接合面を保護する仕組み
負荷分散は機能の 1 つにすぎません。ワッシャーはまた、ファスナーを合わせ面から分離します。締め付け中にナットまたはボルトの頭が回転する可能性があるため、これは重要です。コンポーネントに対して直接回転すると、表面が損傷する可能性があります。仕上げ材や柔らかい素材を使用するとリスクが高まります。
へこみ、潰れ、ファスナーの抜けを制限
高いクランプ力により、ボルト穴の周囲に圧力が発生します。材料がこの圧力に耐えられない場合、変形する可能性があります。
いくつかの問題が発生する可能性があります。
支持面積が大きいほど、これらのリスクを軽減できます。これは、ワッシャーの外径が重要である理由を説明します。 2 つのワッシャーが同じボルトに適合する場合がありますが、カバーする領域は大きく異なります。
より大きな直径のデザインは、特大の穴の近くで役立ちます。表面をより広範囲にカバーする必要がある場合にも役立ちます。ただし、直径だけで優れたパフォーマンスが保証されるわけではありません。ワッシャーは曲げにも耐えなければなりません。非常に幅が広いが弱いワッシャーは、高い予圧がかかると皿になる可能性があります。
回転ファスナーの下に制御された表面を提供する
締め付け中、回転コンポーネントの下で摩擦が発生します。その摩擦は表面と締め付け動作の両方に影響を与えます。直接回転すると、塗装や保護コーティングに傷が付く可能性があります。また、メッキ面や機械加工面を傷める可能性があります。特定の材料間ではかじりも問題となる場合があります。
ワッシャーは交換可能なベアリングインターフェイスを作成します。ファスナーからの直接接触の多くを受け取ります。この保護は、機械、自動車アセンブリ、構造コンポーネント、露出した機器において重要となる場合があります。保護コーティングが損傷すると、基板が腐食にさらされる可能性もあります。
ワッシャーには互換性のある材料と仕上げが必要です。材料の組み合わせが不十分だと、新たな腐食や摩擦の問題が発生する可能性があります。たとえば、炭素鋼とステンレス鋼のワッシャーは、腐食環境では異なる動作をします。表面仕上げも長期暴露に影響します。
ワッシャーのベアリング状態が予圧保持力に影響を与える理由
ボルト接続は、保持されるクランプ力に大きく依存します。取り付けトルクだけでは長期の予圧を保証するものではありません。締め付け後、表面に小さな変化が生じる場合があります。粗さを平らにすることができます。コーティングは圧縮する可能性があります。柔らかい素材の場合、多少変形する場合がございます。これらの変更により、クランプされたジョイントの有効厚さが減少します。
締め付け後の埋込みと沈下
すべての実際の表面には、微細な山と谷があります。私たちには滑らかに見えるかもしれませんが、接触は小さな高い点を通して起こります。締め付けるとこの凹凸が圧縮されます。組み立て後に追加の決済が続く場合があります。
いくつかの要因がこの効果を増大させます。
粗い合わせ面、
厚いコーティング、
穴の周りのバリ、
より柔らかいジョイント素材、
不均一な座面、
地元の材料を粉砕します。
これらの層が落ち着くと、接合部はわずかに薄くなります。ボルトはわずかに伸びを失います。その後、保持される予荷重が減少する可能性があります。
適切な平ワッシャーを使用すると、より硬く、より安定した座面が得られます。ファスナー周囲の局所的な変形を軽減することができます。ただし、すべての決済源を排除することはできません。ジョイントの設計、材料の剛性、仕上げの厚さ、取り付け方法が依然として重要です。
安定した着座とゆるみ防止は同じではない
この区別は、購入を決定する際に特に重要です。平ワッシャーを使用すると着座状態が改善される場合があります。より良い着座により、予圧損失の考えられる原因の 1 つを減らすことができます。
ただし、通常の平ワッシャーでは自動的にファスナーがロックされません。振動の緩みにはいくつかの変数が関係します。これらには、プリロード、ジョイントの剛性、横方向の動き、摩擦、荷重の方向が含まれます。
そのため、通常のワッシャーを追加することを万能の振動解決策として扱うべきではありません。適切に設計されたジョイントでは、必要に応じて別のロック方法を使用できます。この場合、ワッシャーはベアリング機能を個別に実行します。
平ワッシャーはボルト接合のどこに配置する必要がありますか?
ワッシャーの位置は実際の締め付け方法に従ってください。両側にワッシャーを必要とする普遍的なルールはありません。開始点として役立つのは、回転ファスナー コンポーネントです。
ナットの下、ボルト頭の下、または両側
締め付け中にナットが回転する場合は、通常、ナットの下にワッシャーが配置されます。そして、その動きのための座面を提供します。ボルトの頭が回転すると、代わりにワッシャーがボルトの頭の下に位置する場合があります。一部のジョイントには両側にワッシャーが使用されています。この配置は、両面のベアリングサポートや保護を強化する必要がある場合に合理的です。
締め付け状態 |
一般的なワッシャーの位置 |
主な理由 |
ナットが回転します |
ナットの下に |
締め付け時に座面を提供します |
ボルトの頭が回転します |
ボルト頭の下 |
頭の下の表面を保護します |
両方の表面にサポートが必要です |
両側 |
両方の境界面にベアリング領域を追加します |
設計された構造ジョイント |
仕様ごと |
指定された接続動作を維持します |
この表は一般的なガイダンスのみを提供します。設計図面および適用される規格が優先されます。
ワッシャーを追加した方が自動的に改善されないケース
ハードウェアの数が増えても、必ずしも接続が改善されるわけではありません。一部のボルトにはすでにフランジ ヘッドが拡大されています。特定のナットも広い座面を提供します。これらの設計は、すでに適切な接触領域を提供している可能性があります。
ワッシャーを追加すると、ジョイントスタックも変更されます。この変更は、いくつかの詳細に影響を与える可能性があります。
ネジの噛み合い、
利用可能なグリップの長さ、
設置スペース、
ボルトの突起、
要件の強化。
正しい質問は、「すべてのボルトにワッシャーが必要ですか?」ではありません。 「このベアリングのインターフェースには、より多くの面積、保護、またはサポートが必要ですか? 答えがノーの場合、ワッシャーを追加してもほとんど効果が得られない可能性があります。」という質問のほうが適切です。
同じボルトに取り付けられるすべてのワッシャーが同じ働きをするわけではありません。基本的なフィット感には穴の直径が重要です。ただし、外径、厚さ、硬度、材質、仕上げが接合界面に影響します。ここで、DIN、SAE、USS、ASTM などの規格が関係します。
外径と軸受可能面積
外径は、ワッシャーがカバーできる表面の面積を制御します。あ DIN125A平座金は 一般的な汎用形状を代表します。あ DIN9021 平ワッシャー は外径が大きく、表面範囲が広がります。
トップボルトは、DIN 9021 の設計を、標準の平ワッシャー構成よりも大きな外径を持つものとして具体的にリストしています。この違いは、薄いシートや柔らかい表面では重要になる場合があります。大きなクリアランスホールの周りでも役立つ場合があります。
アメリカ式のワッシャーの選択にも同じ原理が現れます。 SAE USS 平ワッシャーの 設計は、寸法比率が異なります。したがって、エンジニアはボルトの公称サイズのみに依存するのではなく、実際の寸法を確認する必要があります。
当社のワッシャー製品群では、さまざまな寸法、材質、仕上げ、硬さのオプションを提供しています。これは、必要な座面がボルトの直径だけではなく、締結具や接合部の状態に依存するためです。当社のリストには、SAE USS および DIN125A/DIN9021 平ワッシャー オプションが含まれています。
ワッシャーを大きくしても、自動的に強度が高まるわけではありません。外径が大きくなると、ボルトの支持領域とワッシャーの端の間のサポートされていないスパンも大きくなります。厚さと材料の強度がその形状をサポートする必要があります。
ワッシャーは、予想されるクランプ荷重の下で安定した状態を保つ必要があります。大きく曲がると荷重経路が変化します。皿状になると有効軸受面積が減少する可能性があります。ナットの下に埋め込まれると、プリロードの安定性が損なわれる可能性があります。
高プリロード接続では硬度が特に重要になります。高強度構造ファスナーの下に置かれた柔らかいワッシャーは変形する可能性があります。これにより、意図したベアリング条件が損なわれる可能性があります。そのため、要求の厳しいジョイント用に硬化ワッシャーの規格が存在します。
アン ASTM F436/F436M 平ワッシャーは 、ボルト アセンブリとともにワッシャーの特性が重要となる構造ボルト締め用途に関連しています。 Topbolt には、1/4 インチから 4 インチまでの ASTM F436/F436M 炭素鋼平ワッシャーがリストされています。また、より広い範囲にわたって 100HV、200HV、および 300HV のワッシャー硬度レベルもリストされています。
これは、すべての用途に利用可能な中で最も硬いワッシャーが必要であるという意味ではありません。ワッシャーをファスナーシステムに適合させることは、依然としてより重要です。
簡単な選択チェックは次の順序で実行できます。
1. ボルトと穴の寸法を確認してください。
2. 必要な軸受面積を検討してください。
3. ワッシャーの厚さと硬さを確認してください。
4. ファスナーシステムに合わせて硬さを調整してください。
5. 環境に合わせて素材を選びましょう。
6. コーティングまたは仕上げの要件を確認します。
7. 管理されている接続規格に従ってください。
この方法により、購入者は内径だけでワッシャーを選択することができなくなります。
ボルト締結に標準の平ワッシャー以上のものが必要になるのはどのような場合ですか?
標準のワッシャーは、多くの一般的なアセンブリでうまく機能します。一部の接続には、エンジニアリングの綿密なレビューが必要です。通常、警告サインは、予圧、材料強度、または穴の形状の要求が厳しくなった場合に表示されます。
高予圧、薄肉、特大穴接続
高強度ボルトは、かなりのベアリング圧力を発生させる可能性があります。接合面は、過度の変形なくその荷重をサポートする必要があります。薄いシートでも同様の注意が必要です。ボルト穴周囲の局所的な剛性が不足している可能性があります。大きすぎる穴や長穴があると、別の課題が生じます。小さなワッシャーでは、開口部の周囲を十分にカバーできない場合があります。
これらの状況は詳しく検討する必要があります。
高いボルト予圧: ワッシャーの硬度と厚さがより重要になります。
ソフトジョイント素材: 支持面積が増えると、局所的なへこみが軽減されます。
薄いシート: サポートを大きくすると、穴付近のディッシングが軽減される可能性があります。
特大の穴: ワッシャーの外径は十分なオーバーラップを提供する必要があります。
長穴: 位置とカバー範囲を注意深く確認する必要があります。
仕上げ面: 材料とコーティングの適合性が重要になります。
構造接合部: 適用される規格によってワッシャーの選択を制御する必要があります。
ワッシャーをボルトと切り離して考えるべきではありません。ボルトのグレード、ナットの形状、穴の寸法、および接合部の材質はすべて結果に影響します。
ワッシャーまたはベアリングのインターフェースが不適切であることを示す警告
検査中に多くの設置上の問題が明らかになります。カップ状のワッシャーは十分な剛性を欠いている可能性があります。表面に深く切り込んだワッシャーは、接合部の状態に対して小さすぎるか、柔らかすぎる可能性があります。
その他の警告サインには次のようなものがあります。
これらの兆候は、ワッシャーを大きくすれば問題が解決するということを自動的に意味するものではありません。この問題には、不適切なトルク、不十分な硬度、薄い材料、不良な表面状態、または不適切なファスナーの形状が含まれる可能性があります。
標準以外の寸法や用途固有の仕上げが必要な用途の場合、すべての平ワッシャーを交換可能として扱うのではなく、ワッシャーの特性を目的のボルト締結に適合させることができます。トップボルトの公開製品には、カスタム サイズ、複数の材質、複数の仕上げ、平座金の硬度オプションが含まれています。
結論
平 ワッシャーは、 ボルトの頭またはナットの下に制御された座面を作成します。ベアリング面積を増やし、ジョイントにかかる集中的な圧力を軽減します。また、締め付け時に表面のへこみを軽減し、材料を保護することもできます。適切に選択すると、必要な予圧下でより安定した着座が得られます。ただし、平座金を使用しても振動による緩みは自動的に防止されません。その主な役割は、荷重の分散と面のサポートです。座面が小さすぎる、柔らかい、傷つきやすい場合にご使用ください。直径、厚さ、硬さ、材質、配置は接合条件に適合する必要があります。 Ningbo Topbolt Metalworks Co., Ltd. は、 さまざまな締結要件に対応するワッシャー オプションを提供しています。これらの製品は、ベアリングのサポート、表面保護、接続の信頼性の向上に役立ちます。
よくある質問
Q: 平ワッシャーはボルトまたはナットの下で何をしますか?
A: 平ワッシャーは ファスナーの下のベアリング領域を増やします。局所的な圧力を軽減し、接合面を保護し、締め付け時により安定した着座を実現します。
Q：平座金を入れるとボルトの緩みが防止できますか？
A： 平座金は ボルトを直接振動からロックするものではありません。その主な役割は荷重分散と表面サポートですが、埋め込み量を減らすと予荷重を維持するのに役立ちます。
Q: 平ワッシャーはボルトの頭またはナットの下に入れる必要がありますか?
A: 平ワッシャー は通常、締め付け中に回転するコンポーネントの下に配置されます。両方の座面の保護やサポートが必要な場合、一部のジョイントでは両側にワッシャーを使用します。
Q: ボルト締結における SAE 平ワッシャーと USS 平ワッシャーの違いは何ですか?
A: SAE と USS の平ワッシャーの設計では、異なる寸法比率が使用されています。外径と厚さは利用可能な軸受面積に影響を与える可能性があるため、ジョイントの要件に合わせて選択する必要があります。
Q: ASTM F436/F436M 平ワッシャーが構造用ボルトに使用されるのはなぜですか?
A: ASTM F436/F436M 平ワッシャーは、要求の厳しい構造ボルト締め用途向けに設計されています。硬化した構造により、高強度ファスナーの下の変形に耐え、制御されたベアリング条件をサポートします。
