【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
本発明は圧延機、プレス、自動車、工作機械、
建設機械、鉄道車輛、鉄塔、橋梁等一般に荷重変
動を伴う締結用要素として広く用いられているボ
ルト・ナツト、ピストンロツド、コネクテイング
ロツド、スクリユウ・ナツトなどのねじ締結体に
関するものである。
かかるねじ締結体が繰返し応力を受けて疲労破
壊する場合、破壊位置は次の３ケ所に限定され
る。すなわち、おねじとめねじの「嵌合端面」
「不完全ねじ部」およびボルトの場合の「首下丸
み部」である。これらの破壊の割合はねじ締結体
の種類、ねじ部の形状等によつて異なるが、「嵌
合端面」が65％、「不完全ねじ部」が20％、そし
て「首下丸み部」が15％と言われている。それゆ
え、おねじについて、嵌合端面近傍のねじ山高さ
のみを低くしたり不完全ねじ部を除去したり、ま
た首下丸み部についてはこの部分の丸み半径を大
きくしたりして冷間加工による加工硬化および圧
縮残留応力の生成により疲労強度を著しく高めて
いる。
しかしながら、かかるねじは、とくに嵌合端面
の疲労強度向上に確かに効果は顕著ではあるがめ
ねじとの嵌合位置に制限が生じてくるため、調整
用スクリユウには適用できない問題点があつた。
そこで本発明者らはかかる問題点を解決するた
めに本発明を構成したもので、おねじと嵌合する
めねじのねじ山フランク角の一方もしくは両方を
おねじのフランク角よりも小さくかつ、ねじ込み
側に徐々に小さくとることによつて疲労特性の優
れためねじを提供することにある。
以下本発明の特徴およびその有効性を「ねじ締
結体」の代表例としてボルトおよびナツトの組合
せの圧力側フランク角について説明する。
第１図はボルト１、座金２，２′、被締付物
３、ナツト４の構成状況を示す。第１図のＡ部拡
大を第２図に示す。α１はめねじの遊び側フラン
ク角で、α２はそれの圧力側フランク角である。
β１はおねじの遊び側フランク角で、β２はおね
じの圧力側フランク角である。ナツト側およびボ
ルト側の各ねじ山をナツト端面側から順にそれぞ
れn1，n2，n3，………ｎi，b1，b2，b3，………ｂ
iとする。さらに、n1とb1との圧力側フランク角
の差θ１、同様にn2とb2との圧力側フランク角の
差をθ２，………で示す。
今、「めねじのねじ山の圧力側フランク角をお
ねじの圧力側フランク角よりも小さくとる」こと
の具体例を示す。その「第１の例」が第２図で、
θ１＞θ２＞θ３＞………＞θi０ ……(1)
θiの範囲はねじ形状によつて異なるがJIS三角
ねじでは、５゜以下が望ましい。
また、本発明はめねじのねじ山の一部について
その圧力側フランク角をおねじの圧力側フランク
角よりも小さくしてもよい。
次に本発明の有効性について述べる。ねじの一
般的疲労強度を支配する要因として、ねじ締結体
の寸法・材質に関係なく、以下の４つを挙げるこ
とができる。
その第１は、ボルトネジ山の荷重分担を示す第
３図および第１表から判るように「荷重分担が不
均一」であること、第２に、ボルトは言うまでも
なく一種の切欠材であり切欠材に引張荷重が働く
と切欠底（すなわちねじ底）には高い「引張応力
集中」が生ずること、第３に荷重の伝達がおねじ
とめねじとの各ねじ山の接触によつて行われるの
で片持梁のごとくおねじ底には「曲げによる引張
応力」が生じ、この応力は接触荷重および接触点
からねじ底までの距離に比例すること、第４に、
ねじは一本の連続したらせん形状であるが、必ず
しも全長に渡つて均一に接している訳ではなく、
実際は局部的に接触している（すなわち、片当り
している）。一般に硬い材料程、また寸法が大き
くなる程「片当り」の傾向は大きい。
The present invention applies to rolling mills, presses, automobiles, machine tools,
This relates to screw fasteners such as bolts and nuts, piston rods, connecting rods, screw nuts, etc., which are widely used as fastening elements that are subject to load fluctuations, such as construction machinery, railway vehicles, steel towers, and bridges. When such a screw fastener undergoes fatigue fracture due to repeated stress, the fracture locations are limited to the following three locations. In other words, the "mating end surfaces" of male and female threads
These are the "incomplete threaded part" and the "rounded part under the neck" in the case of bolts. The percentage of these fractures differs depending on the type of screw fastener, the shape of the threaded part, etc., but it is 65% for the "mating end face", 20% for the "incomplete threaded part", and 20% for the "rounded part under the neck". It is said to be 15%. Therefore, for male threads, we reduce only the thread height near the mating end face, remove incomplete threads, and increase the radius of the rounded part under the neck by cold processing. The fatigue strength is significantly increased due to work hardening and generation of compressive residual stress. However, although such a screw is certainly effective in improving the fatigue strength of the fitting end face, there is a problem in that it cannot be applied to an adjustment screw because it limits the fitting position with the female thread. Therefore, the present inventors have constructed the present invention to solve such problems, and have set one or both of the thread flank angles of the female thread that fits with the male thread to be smaller than the flank angle of the male thread, and The object of the present invention is to provide an internal thread with excellent fatigue properties by gradually decreasing the size on the side. The features and effectiveness of the present invention will be described below with reference to the pressure side flank angle of a bolt and nut combination as a representative example of a "screw fastened body". FIG. 1 shows the construction of a bolt 1, washers 2, 2', a fastened object 3, and a nut 4. FIG. 2 shows an enlarged view of part A in FIG. 1. α 1 is the idle flank angle of the internal thread, and α 2 is its pressure flank angle.
β 1 is the idle side flank angle of the external thread, and β 2 is the pressure side flank angle of the external thread. The threads on the nut side and the bolt side are respectively n 1 , n 2 , n 3 , …… ni , b 1 , b 2 , b 3 , ……b in order from the nut end side.
Let it be i . Furthermore, the difference θ 1 in pressure side flank angles between n 1 and b 1 and similarly the difference in pressure side flank angles between n 2 and b 2 are shown as θ 2 , . . . . Now, a specific example of "making the pressure side flank angle of the thread of the female thread smaller than the pressure side flank angle of the male thread" will be shown. The "first example" is shown in Figure 2, where θ 1 > θ 2 > θ 3 >......> θ i 0 ...(1) The range of θ i varies depending on the thread shape, but for JIS triangular threads, , 5° or less is desirable. Further, in the present invention, the pressure side flank angle of a part of the thread of the female thread may be smaller than the pressure side flank angle of the male thread. Next, the effectiveness of the present invention will be described. The following four factors can be cited as factors governing the general fatigue strength of screws, regardless of the dimensions and material of the screw fastener. The first is that the load distribution is uneven, as seen in Figure 3 and Table 1, which show the load distribution on bolt threads.Secondly, bolts are, of course, a type of notched material. When a tensile load is applied to the notch bottom (i.e., the thread bottom), a high "tensile stress concentration" occurs at the notch bottom (i.e., the thread bottom). ``Tensile stress due to bending'' occurs at the bottom of the male screw like a support beam, and this stress is proportional to the contact load and the distance from the contact point to the bottom of the screw.Fourthly,
Although a screw has a continuous spiral shape, it does not necessarily contact uniformly over its entire length.
In reality, they are in local contact (that is, they are in partial contact). In general, the harder the material and the larger the dimensions, the greater the tendency for "uneven contact".
【表】
以上の要因と本発明との関係について述べる。
まず第２図の場合であるが、この図を見て分る
ように、めねじのねじ山の圧力側フランク角をお
ねじの圧力側フランク角よりもねじ込み側に徐々
に小さくとつている。この特徴によつて、「荷重
分担が均一」になること、ねじ山の接触点がおね
じのねじ底近傍に移るので同じ荷重に対して「曲
げによる引張応力」が小さくなること、接触面積
が小さくなり接触部の接触面圧が大きくなつてか
つ、たわみやすいめねじの先端でおねじと接触し
ているため「片当り」しにくくなることなどの効
果のため疲労強度が著しく向上する。すなわち、
ねじ締結体の疲労強度を支配する要因のうち、第
２の要因以外のすべてに対策を打つていることに
なる。しかも本発明はめねじ側に対策をしている
ので、おねじとの嵌合位置の制限はない。また、
めねじのねじ加工はほとんどの場合旋盤加工であ
るので本発明の加工もそれ程困難ではない。
本発明の適用範囲は、圧延機、プレス、自動
車、工作機械、建設機械、鉄道車輛、鉄塔、橋梁
等制限なく一般に変動荷重が加わるあらゆるねじ
締結体に有効である。[Table] The relationship between the above factors and the present invention will be described. First, in the case of Fig. 2, as can be seen from this figure, the pressure side flank angle of the female thread thread is gradually made smaller on the threading side than the pressure side flank angle of the male thread. Due to this feature, "load distribution is uniform", the contact point of the thread is moved near the bottom of the male thread, so "tensile stress due to bending" is reduced for the same load, and the contact area is Due to the smaller size, the contact surface pressure of the contact part is increased, and since the tip of the female thread, which is easy to bend, is in contact with the male thread, "uneven contact" is less likely to occur, resulting in a significant improvement in fatigue strength. That is,
This means that measures have been taken against all of the factors that govern the fatigue strength of the screw fastened body, except for the second factor. Moreover, since the present invention takes measures on the female thread side, there is no restriction on the fitting position with the male thread. Also,
Since thread machining for female threads is mostly done by lathe machining, machining according to the present invention is not so difficult. The present invention is applicable to rolling mills, presses, automobiles, machine tools, construction machines, railway vehicles, steel towers, bridges, etc., and is generally applicable to all screw fasteners to which fluctuating loads are applied.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]
第１図はボルト、座金、被締付物およびナツト
の構成状況を示す説明図、第２図は本発明の第１
例を示す図で第１図のＡ部拡大図、第３図はボル
トねじ山の荷重分担の説明図である。
Fig. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of the bolt, washer, fastened object, and nut, and Fig. 2 is the first embodiment of the present invention.
The figures showing an example are an enlarged view of part A in FIG. 1, and FIG. 3 is an explanatory diagram of load sharing on bolt threads.