「振動試験に通った」が言っていないこと

その試験は自分が何のためのものかを書いており、思われているより狭い

緩み止め部品の順位は、横方向の振動試験から出てきます。 Gerhard Junker が 1960 年代の終わりに始めた一族の試験です。 航空宇宙の系列では ISO 16130 として書かれています。 その適用範囲にある二つの文が、このページの残りをどう読むかを決めます。

同じ箇条には、この規格が主として開発作業のためのものだとも書かれています。 つまりこの試験が出すのは順位であり、出すと主張しているのも順位だけです。 二番目に良いワッシャーはどれかと尋ねた人は、この試験がまさに答えるために作られた問いを尋ねていました。 困るのはその次の一歩で、順位が寿命として読まれたときです。

試験条件の決め方。ここが知る価値のある部分です

手順は二段に分かれます。後半であなたの部品を試験します。 前半は、それが何と向き合うことになるかを決める段で、 緩み止め部品がまったく入っていない継手に対して、 同じ組み方と同じパラメータで行われます。

この意味するところで一度止まってください。その条件は実働の条件ではなく、 もともとそのつもりでもありません。素の継手を三百サイクルのうちに殺すのに必要な 横方向の動きの量であり、しかもその一台の装置の上で測られたものです。 それを生き延びた部品は、致命的になるように調整された条件を生き延びたことになります。 比較のやり方としては正しく、保証として読むやり方としては誤りです。

結果を装置間で持ち運べないと規格が書いている理由も、ここにあります。 基準となる変位はその装置自身の剛性分布から出てくるので、 二つの試験室が同じワッシャーを試験していても、条件を明示しない限り 同じ厳しさをかけてはいません。

既定の数値と、それを動かせるようにしている一文

第 7 節は自己緩み止め要素の代表的な設定を与えています。 規格はその要素として、ナット、ワッシャー、割ピン、ロックワイヤを挙げています。

このうち二行はもう一度見る価値があります。つかみ長さは 形状が許すかぎり短くと指定されており、 同じだけのなじみに対して軸力の失う割合がいちばん大きくなるのが、短いつかみの条件です。 この試験は手加減をしていません。

そして、二社の主張を比べようとしている人にとっていちばん重要な一文があります。 試験条件は依頼者が別に定めることができます。 規格はそのすぐあとに、結果が再現可能であるために明確に定めなければならない四つを挙げています。 初期軸力、試験周波数、有効な横方向変位、そして治具を締結部品の長さにどう合わせたか。 この四つがあるから、「振動試験に通った」という二つの主張が必ずしも比べられるとは限りません。 そして、この四つこそ聞くべきものです。

軸方向の荷重はいっさい加えられていない

試験原理は一段落しかなく、そのなかに人を驚かせる一文があります。 締結部品は定められた軸力まで締められ、そのうえで動的な横方向荷重を受けますが、 それ以外の軸方向の作用力は加えられません。 測られるのは、サイクル数に対する軸力の変化です。

つまり緩み止め部品の評価は、自分の軸力以外に何も負担していない継手の上で得られています。 これは意図的で、機構を切り分けるためです。ねじを回すのは横方向のすべりであって、 軸方向の引っぱりではありません。同時にこれは、変動する軸荷重も負担している継手について この試験が何も言っていないことも意味します。

試験が終わる条件の並びも、ゆっくり読む価値があります。 所定のサイクル数に達したとき、ボルトが折れたとき、軸力が完全に失われたとき、または 残留軸力が安定したときに終わります。 最後の一つは、軸力が保たれたということではありません。 ある割合まで落ちてそこで落ちなくなった継手は安定しています。 どれだけ残ったかは報告書のなかの数字であって、「通った」という言葉が運べるものではありません。

その順位をどう使うか

以上のどれも、その順位を誤りにするものではありません。 条件を明示して行われた比較試験は実在する結果であり、意見よりはるかに信頼できます。 だからこのサイトも、くさび形の組ワッシャーは横方向振動試験のもとで有効であり、 ばね座金はそうではない、と書いています。 規格がしているのは、それがどういう種類の言明なのかを教えることです。

スレッドのいちばん良い答えは、以上と何の矛盾もありません。 継手がまったく回ってはいけないのなら、正直な部品は回転に抵抗するものではなく 回転を禁じるもので、それにはそれの代償があります。 最後に手に入る軸力は、穴が許したほうの値になるという代償です。

この記事は六つの手順のどれか一つには収まりません。手順をまたいで出てくるか、組み付けたあとに出てくる話です。ここに行き着く判断がどこで下されているかはねじの決め方にまとめてあります。

よくある質問

二番目に良い緩み止めワッシャーはどれですか。

その問いこそ横方向振動試験が存在する理由で、ISO 16130 は適用範囲のなかで、この試験が出すのは「定められた試験条件のもとでの緩み止め要素の比較評価」だと書いています。同じ段落で、この規格による試験では実働荷重下の緩み止め性能について絶対的な言明はできないとも書いています。ですから順位は手に入り、寿命は手に入りません。順位を使う前に、どれだけの横方向変位のもとで得られたものかを聞いてください。規格はその値を世界共通ではなく装置ごとに決めさせています。

ユンカー試験とは何ですか。

Gerhard Junker が 1960 年代の終わりに開発した横方向振動試験の一族です。締め付けられた二つの部材を互いにすべらせながら、サイクル数に対する軸力を記録します。航空宇宙の系列では ISO 16130 として規格化されています。ねじを回すのは締結面どうしのすべりであって、軸方向の引っぱりではありません。

振動の振幅はどう決めるのですか。

まず緩み止めのない継手を壊して決めます。ISO 16130 は、同じパラメータで組んだ素の継手でストロークを変え、軸力が 300 ± 100 サイクル以内に完全に失われる横方向変位を探すよう求めています。新しい部品で三回求め、それが続く試験の条件になります。代表的な設定としては、M12 以下で ±0,5 mm、それより大きい場合は ±0,8 mm、周波数 12,5 Hz が別に挙げられています。

二社の振動試験の結果はそのまま比べられますか。

自動的には比べられません。規格は、試験条件を依頼者が別に定めることができると明記したうえで、結果が再現可能であるために明確に定めなければならない四つを挙げています。初期軸力、試験周波数、有効な横方向変位、そして治具を締結部品の長さにどう合わせたかです。この四つを伴わない主張は、伴っている主張と比べられるものではありません。

試験では継手に作用荷重をかけていますか。

かけていません。試験原理には、締結部品を定められた軸力まで締めたうえで動的な横方向荷重を加え、それ以外の軸方向の作用力は加えないと書かれています。これで自己緩みの機構が切り分けられますが、同時に、変動する軸荷重も負担する継手についてこの結果が何も言っていないことにもなります。

参考資料

• ISO 16130:2015 —— 航空宇宙シリーズ、横荷重条件下におけるボルト締結体の緩み止め挙動の動的試験（振動試験）。第 1 節適用範囲、第 4 節試験原理、5.3 装置要求事項、第 6 節基準試験と検証試験、第 7 節試験設定
• ISO 16047 —— 締結用部品のトルク／締付け力試験。ISO 16130 が挙げる唯一の引用規格
• NASA RP-1228 締結部品設計マニュアル —— 元のスレッドが挙げていた資料で、当サイトの他ページが引くばね座金の評価の出どころ
• r/AskEngineers —— 出発点になったスレッド

ISO 16130:2015 は公開されているプレビュー PDF から読んだ。プレビューには目次と第 1 節から第 7 節までが全文入っており、上に引いたものはすべてその箇条から取っている。プレビューは第 8 節「評価」の手前で終わっているため、このページは合否の判定基準を一切報告していない。規格が何をもって合格とするのか、残留軸力を指定しているのかどうかは、読めていない。第 7 節が参照する軸力の表もプレビューの外にあるので、ここに書いたのは本文にある規則、すなわち計算した終局軸力の 75 % だけで、表の値は挙げていない。名前のある製品の試験報告書は手元になく、特定の製品について何も主張していない。ドイツの鉄道向けの緩み止め規格も同種の試験を定めているが、読めていないので、ここには一言も引いていない。当サイトの訂正が一つある。「ねじが緩む理由」のページが ISO 16130 を目録番号 54151 にリンクしていたが、それは土壌品質の規格 ISO 11277 である。正しい番号は 55728 で、リンクは修正した。