全ねじと半ねじの六角ボルト: 構造の違いを理解する

全ねじ六角ボルトと半ねじ六角ボルトの構造上の違いは、好みの問題ではありません。 関節を介して荷重がどのように伝達されるかを決定します 。全ねじボルト (全ねじボルトとも呼ばれる) は、シャンク全体に沿って引張荷重がかかり、2 つのねじ付き部材をクランプしたり、グリップ全長にわたってナットと併用したりするのに最適です。半ねじボルトには、接合界面に収まる滑らかなねじのないシャンク部分があり、 優れたせん断耐性とより優れた位置合わせ 構造的な接続で。間違ったタイプを選択すると、ジョイントの滑り、疲労破壊、または不適切なクランプ力を引き起こす可能性がある一般的な仕様エラーです。

全ねじと半ねじの六角ボルトの定義方法

2 つのタイプの違いは、ボルトのシャンクに対してねじ山がどこで始まりどこで終わるかによって決まります。

全ねじ六角ボルト

いっぱい ネジ付き六角ボルト 頭の真下からボルトの先端までねじ込まれています。ネジなしシャンクはありません。 ISO 4017 および ASME B18.2.1 規格では、定義された制限までの呼び長さのボルトは、デフォルトで全ねじで製造されます。 M12ボルト長さ40mmまで 通常、ISO 仕様に従ってフルスレッドが提供されます。ねじ部分は、グリップ全長に沿ってナットまたはタップ穴と係合します。

半ねじ六角ボルト

半ねじ六角ボルト (六角キャップスクリューまたはシャンク付き六角ボルトとも呼ばれます) は、頭部とねじ部の間に滑らかな円筒部分 (シャンクまたはグリップ) があります。ねじなしシャンクの長さはボルトのサイズと規格によって異なります。のために ISO 4014 に準拠した M16 × 80mm ボルト 、ねじの長さは約です。 44mm 、ねじ山のないシャンクが約 36 mm 残ります。このシャンクはねじの谷底よりも厳しい直径公差で製造されているため、ドリル穴に正確にフィットします。

構造力学: シャンクがすべてを変える理由

この区別が構造的に重要である理由を理解するには、各ボルト タイプがボルト締結部の 2 つの主要な力にどのように反応するかを調べる必要があります。 引張荷重 (ボルト軸に沿って) および せん断荷重 (ボルト軸に対して垂直)。

引張強度: 全ねじの応力領域が小さい

あらゆるねじ付きファスナーの断面が最も弱いのはねじの根元、つまりねじ山の頂上の間の谷部分であり、そこでは有効耐荷重面積が減少します。これは次のように定量化されます。 引張応力領域(As) 。 M16 ボルトの場合、引張応力領域は約 157 mm² 、シャンクの全断面積と比較して、 201mm² 。全ねじボルトでは、この減少した領域が全長に沿って存在します。部分ねじボルトでは、ねじ部分のみがこの減少した断面を持ちます。シャンクセクションは、特定の荷重条件下で荷重伝達に使用できる完全な公称直径を備えています。

せん断強度: ねじ切りされていないシャンクが重要です

実際に違いが最も顕著になるのはせん断強度です。重ね継手、ビーム接続、またはクレビス ピンの適用など、ボルトにせん断荷重がかかると、せん断面は理想的には断面を通過します。 全径ねじなしシャンク 、スレッドルート経由ではありません。せん断面のねじ山根は、有効せん断面積を約 1 だけ減少させます。 20～30% シャンク全体の断面との比較。ねじの根元がせん断面と交差するせん断接合部に全ねじボルトを配置することは、構造仕様エラーです。などの規格 AISC360 そして EN 1993-1-8 どちらも、ボルト能力表でシャンクを通るせん断面（より高い能力）とねじ山を通るせん断面（より低い能力）を区別しています。

ジョイントのフィット感と位置合わせ

半ねじボルトの滑らかなシャンクは、リーマ加工された穴や正確に開けられた穴にぴったりとフィットする公差で製造されており、接続された部材間の正確な位置合わせを実現します。全ねじボルトは、全長に沿って螺旋形状をしているため、同じ位置精度を提供できず、横方向の動きを制御する必要がある公差が狭いボルトや取り付けボルトの用途には適していません。

ねじの長さの規格: 仕様で実際に指定されるもの

半ねじボルトのねじ長さは標準計算式によって計算されており、恣意的に選択されるものではありません。これらの公式を理解することは、エンジニアがシャンクがジョイントの界面を占めている一方で、ねじ部分がナットに完全に係合していることを確認するのに役立ちます。

実際の例: ISO 4014 に準拠した M20 × 100mm ボルト ねじの長さは 2(20) 6 = 46mm 、54mmのネジなしシャンクが残ります。ジョイント グリップの長さが 50 mm で、標準の M20 ナット高さ 16 mm が使用されている場合、ねじのかみ合いは 46 − (100 − 50 − 16) = 十分ですが、ねじではなくシャンクがせん断面に収まるように、ジョイント構成ごとに計算を常に検証する必要があります。

並べて比較: 全ねじと部分ねじ

現実世界のアプリケーション: どのタイプがどこに属するか

ジョイントの荷重を理解すると、全ねじと部分ねじの選択が簡単になります。次の例は、各タイプがどこに正しく適用されるかを示しています。

次の場合に全ねじ六角ボルトを使用します。

• クランプ力だけが必要な場合: フランジ接続、機器取り付けプレート、およびボルトに純粋に張力がかかる非せん断ジョイントでは、ナットをシャンクに沿って任意の位置に配置してさまざまな材料の厚さに対応できるため、全ねじの利点が得られます。
• タップ穴へのねじ込み： ボルトがタップ付き止まり穴またはねじ付きインサートに直接ねじ込まれる場合、全ねじは係合長さと引き抜き抵抗を最大化します。
• 40mm以下のショートボルト： 短い長さの場合、フォーミュラ由来のねじ部分がシャンクのほぼ全体を占めるため、全ねじボルトが標準供給オプションとなり、実用的な選択肢となります。

次の場合に半ねじ六角ボルトを使用します。

• 構造用鋼の接続: AISC またはユーロコード設計に基づく梁と柱の接続、ガセット プレート、およびモーメント フレームの接合部は、一般的に部分ねじボルトで指定されます。 ASTM A325 または A490 (帝国) または ISO 8.8 または 10.9 (メートル法) — シャンクが接続されたプレート間のせん断面に位置する場所。
• 動的せん断荷重がかかる機械: ジョイントに周期的な横方向の力が作用するギアボックス ハウジング、エンジン マウント、回転機器では、疲労によるせん断に耐えるためにシャンクの全断面が必要です。
• 精密アライメントの用途: CNC 工作機械のベッド、ジグと治具のプレート、および光学機器のマウントでは、負荷がかかった状態でも位置精度を維持するために、公差が近い部分ねじボルトを備えたリーマ穴が使用されています。
• 橋梁と土木インフラ: 橋桁接続の高強度構造ボルトは常に半ねじであり、接続設計図面で明示的に指定されているスプライス プレートのシャンク係合を備えています。

最も一般的な仕様の間違いとその回避方法

ボルト選択で最もよくある間違いは次のとおりです。 シャンク長さが不十分な半ねじボルトの指定 そのため、ねじのルートは最終的にジョイントのせん断面を横切ります。これは、ボルトがグリップの長さに対して短すぎる場合、またはボルトの長さを再評価せずに既存のジョイントにワッシャーまたは追加の層を追加した場合に発生します。

検証ルールは単純です。 ネジなしシャンクの長さはグリップの全長以上でなければなりません (クランプされているすべての層とワッシャーの厚さの合計)。ねじ山が完全にかみ合うには、ねじ部分がナット面を十分に超えて延びる必要があります。 1 つのねじピッチ ナットからのネジの飛び出しが標準組立チェックです。

たとえば、2 つのラップせん断ジョイントでは、 12mm鋼板 そして one 3mmワッシャー ナットの下で必要な最小シャンク長さは 12 12 3 = 27mm 。ねじの長さが端から 20 mm から始まるボルトでは、ねじの根元が接合界面の内側に配置されます。この誤った仕様は、より長いボルトまたはより長いシャンクのボルトを選択して修正する必要があります。

強度グレードは両方のタイプに適用されますが、相互作用は異なります

全ねじ六角ボルトと半ねじ六角ボルトの両方が、標準強度グレードの範囲で利用可能です。ボルト頭部の等級マークは、ねじ山の形状に関係なく適用されます。

重要な相互作用の 1 つ: 部分ねじボルトでは、勾配を増やすとねじ部分の引張耐力とせん断耐力が増加しますが、 シャンクのせん断能力は、シャンクの断面積と材料のせん断強度によって決まります。 — 成績評価のみによるものではありません。より大きな直径の低級半ねじボルトは、せん断が支配的な接合部において小さな高級ボルトよりも優れた性能を発揮します。重要な接続については、勾配のみに依存するのではなく、常に第一原理に基づいてせん断耐力を計算してください。

概要: 全ねじと部分ねじの選択

意思決定の枠組みは、一貫して適用すれば簡単になります。

• ジョイントに負荷がかかっている場合 主に緊張状態にある そして grip length may vary — use full thread.
• ジョイントが運ぶ場合 せん断荷重 ボルトの境界面全体 — 部分ねじを使用し、シャンクの長さがグリップ全体をカバーしていることを確認してください。
• もし 位置精度 部材間は必須です。公差の狭いリーマ穴には部分ねじを使用してください。
• もし the bolt is 短い (通常、M12 以下では 40mm 未満) — 全ねじが標準供給されており、ほとんどの非せん断用途に適しています。
• 2 つのタイプが互換性があるとは決して考えないでください。 構造的または動的荷重の用途 ねじのルートがどのせん断面を占めるかを確認せずに。

全ねじ六角ボルトと半ねじ六角ボルトの構造上の違いは、一度ジョイントを組み立てると目には見えませんが、負荷がかかった状態での影響は測定可能であり、重要な用途では、設計どおりに機能する接続とそうでない接続の違いがわかります。