機械要素（せん断・内圧・熱膨張・ねじ・溶接・はり）の一問一答

解説
せん断応力は、せん断荷重を、荷重を受ける断面積で割って求めます（τ＝F÷A）。
5kN＝5,000Nなので、τ＝5,000÷100＝50N/mm² となります。
引張応力と同じく「力÷面積」ですが、力の向きが断面に沿っている点が違います。

他の選択肢が誤りである理由
・「0.05N/mm²」は誤りです。0.05N/mm²は、kNをNに直さずに5÷100とした値です。
・「20N/mm²」は誤りです。20N/mm²は、断面積を荷重で割った値（100÷5）です。
・「500N/mm²」は誤りです。500N/mm²は、桁を1つ誤った値です。

覚え方のポイント
せん断応力も「荷重÷断面積」。kN→N（×1,000）の換算を忘れないこと。

解説
内圧を受ける薄肉円筒の周方向の応力は、σ＝pD÷(2t)（p：内圧、D：内径、t：肉厚）で求めます。
σ＝1×100÷(2×5)＝10N/mm² となります。
肉厚が薄いほど、また内径が大きいほど、生じる応力は大きくなります。

他の選択肢が誤りである理由
・「2.5N/mm²」は誤りです。2.5N/mm²は、分母を8tとして計算した値（pD÷8t）です。
・「5N/mm²」は誤りです。5N/mm²は、軸方向の応力（pD÷4t）です。
・「20N/mm²」は誤りです。20N/mm²は、分母の2を忘れて pD÷t とした値です。

覚え方のポイント
薄肉円筒：周方向 pD/2t、軸方向 pD/4t。周方向のほうが2倍大きく、管は縦に裂けやすい。

解説
薄肉円筒の周方向の応力は pD÷(2t)、軸方向の応力は pD÷(4t) なので、周方向の応力は軸方向の応力の2倍です。
このため、内圧で破裂した管は、軸に沿った向き（縦方向）に裂けることが多くなります。

他の選択肢が誤りである理由
・「周方向の応力は、軸方向の応力の2分の1になる」は誤りです。大小が逆です。周方向のほうが大きくなります。
・「周方向の応力と軸方向の応力は、常に等しい」は誤りです。2つの応力の大きさは異なります。
・「周方向の応力は、軸方向の応力の4倍になる」は誤りです。4倍ではなく2倍です（分母が2tと4tの違い）。

覚え方のポイント
周方向（輪の向き）＝pD/2t は軸方向の2倍。だから管は縦に裂ける。

解説
温度変化による伸びは、ΔL＝α×L×Δt（α：線膨張係数、L：元の長さ、Δt：温度変化）で求めます。
L＝10m＝10,000mm として、ΔL＝1.2×10⁻⁵×10,000×40＝4.8mm となります。
長い配管では、この伸び縮みを逃がすために伸縮継手などを設けます。

他の選択肢が誤りである理由
・「0.48mm」は誤りです。0.48mmは、桁を1つ小さく誤った値です。
・「48mm」は誤りです。48mmは、桁を1つ大きく誤った値です。
・「1.2mm」は誤りです。1.2mmは、温度上昇を10℃として計算した値です。

覚え方のポイント
熱による伸び＝線膨張係数×長さ×温度変化。長さをmmに直してから掛けます。

解説
管用テーパねじのうち、おねじは R、めねじは Rc（テーパめねじ）で表します。
管用テーパねじは、ねじ込むほどおねじとめねじが密着するため、シール材と組み合わせて水密性の高い接続ができます。

他の選択肢が誤りである理由
・「Rc」は誤りです。Rc は、管用テーパめねじの記号です。
・「G」は誤りです。G は、管用平行ねじの記号です。
・「M」は誤りです。M は、一般用のメートルねじの記号です。

覚え方のポイント
管用テーパねじ：おねじR・めねじRc。管用平行ねじはG、メートルねじはM。

解説
管用テーパねじは、ねじ部がわずかに先細り（テーパ）になっており、ねじ込むほどおねじとめねじが強く密着します。
そのため、シール材と組み合わせて、水圧のかかる配管の接続で水密性を確保しやすくなります。

他の選択肢が誤りである理由
・「ねじ部が先細りなので、締め付けずに差し込むだけで接続できるため」は誤りです。テーパねじも、ねじ込んで締め付けることで密着させます。差し込むだけで接続できるわけではありません。
・「ねじ込んだあとでも、管を回さずに継手から取り外せるため」は誤りです。管を回さずに取り外せるようにするのは、ユニオンという継手の役割です。テーパねじでつないだ管を外すには、管そのものを回してねじを戻す必要があります。
・「ねじ山が平行なので、何度でも同じ位置で付け外しできるため」は誤りです。ねじ山が平行なのは、管用平行ねじです。テーパねじは先細りになっています。

覚え方のポイント
テーパ＝先細り。ねじ込むほど密着するので、水の通る配管の接続に向いています。

解説
すみ肉溶接は、T字形や重ね合わせに組んだ部材の隅（すみ）の部分に、ほぼ三角形の断面になるように溶着金属を盛る溶接です。

他の選択肢が誤りである理由
・「突合せ溶接」は誤りです。突合せ溶接は、部材の端どうしを突き合わせ、その間（開先）を溶かして一体にする溶接です。
・「プラグ溶接」は誤りです。プラグ溶接は、重ねた板の一方にあけた穴の部分を溶接して接合する方法です。
・「スポット溶接」は誤りです。スポット溶接は、重ねた薄い板を電極ではさみ、電流を流して点状に接合する抵抗溶接です。

覚え方のポイント
隅に三角の盛り＝すみ肉溶接、端と端を突き合わせる＝突合せ溶接。

解説
ブローホールは、溶接の際に発生したガスが溶接金属の中に閉じ込められてできる、球状などの空洞（気孔）です。
外からは見えにくく、溶接部の強さを下げる原因になります。

他の選択肢が誤りである理由
・「アンダーカット」は誤りです。アンダーカットは、溶接の止端（へり）に沿って母材が溶けてえぐられ、溝のようになった欠陥です。
・「オーバーラップ」は誤りです。オーバーラップは、溶着金属が母材に溶け込まずに、表面に重なってはみ出した欠陥です。
・「溶込み不良」は誤りです。溶込み不良は、溶接金属が継手の底（ルート）まで十分に溶け込んでいない欠陥です。

覚え方のポイント
内部の気孔＝ブローホール、へりのえぐれ＝アンダーカット、はみ出し＝オーバーラップ。

解説
右の支点Bのまわりの力のモーメントのつり合いを考えます。荷重は支点Bから 4−1＝3m の位置にあります。
RA×4＝800×3 より、RA＝600N となります。
上下の力のつり合いから、RB＝800−600＝200N で、荷重に近い支点ほど大きな反力を受けます。

他の選択肢が誤りである理由
・「200N」は誤りです。200Nは、支点Bの反力です。
・「400N」は誤りです。400Nは、荷重を2つの支点で等分した値で、荷重がはりの中央にあるときの反力です。
・「800N」は誤りです。800Nは、荷重のすべてを支点Aだけで受けると考えた値です。

覚え方のポイント
反力は「反対側の支点まわりのモーメントのつり合い」で求める。荷重に近い支点ほど反力が大きい。

解説
ばね座金は、切れ目のある輪をばね状にねじった座金で、締め付けたときのばねの力でナットを押し返し、振動などによるゆるみを防ぎます。

他の選択肢が誤りである理由
・「締め付けたときの水密性を高める」は誤りです。水密性を高めるのは、パッキンやガスケットなどの役割です。
・「ボルトとナットを電気的に絶縁する」は誤りです。電気的に絶縁するのは、絶縁材の座金やスリーブなどで、ばね座金の目的ではありません。
・「ボルトのせん断の強さを高める」は誤りです。ばね座金は、ボルトそのもののせん断の強さを高めるものではありません。

覚え方のポイント
ばね座金＝ゆるみ止め。平座金は座面を広げて部材を保護する役割です。