운동용 나사

제1절 나사, 볼트 및 너트

1. 나사의 개요

*사용목적 - 나선(산 모양)의 단면은 삼각, 사각, 둥근

*나사의 용도

체결(결합)용 - 구조의 정밀성 및 강도

거리 조정(계측)용 - 구조의 정밀도

전동(운동)용 - 강도

(1)나사와 나사곡선

산

골(root) = 나사 홈

수나사 - 볼트(Bolt)

암나사 - 너트(Nut)

오른나사(Right-hand screw) - 많이 사용

왼나사(Left-hand screw) - 특별사용

나사 곡선(helix)

유효 지름 = 피치지름

호칭 지름(nominal diameter)

(2)리드와 피치

*리드(Lead) - 한 바퀴 회전시킬 때 축 방향으로 이동한 거리

*피치(Pitch) - 서로 인접한 나사산과 나사산 사이의 거리

가. 한줄 나사 - 많이 사용

나. 다줄(다중) 나사

장점 : 빨리 풀거나 빨리 죌 때

단점 : 풀리기 쉽다

다. 리드()와 피치() 사이의 관계

= x p (n 줄 수)

2. 나사의 규격화

호환성이 요구

3. 나사의 종류와 용도

(1)체결(결합)용 나사

가. 미터나사(기호 M)

호칭치수 - 볼트의 바깥지름과 피치를 mm

나사산의 각도 - 60〬

산 - 평탄, 골 - 둥글다

➀ 보통나사 - M10

➁ 가는 나사 - M10 x 1

강도를 필요

살이 얇은 윈통부

수밀, 기밀

이완 방지용

항공기, 자동차, 공작기계

나. 유니 파이 나사 = ABC나사 (기호 U)

호칭치수 - 볼트의 바깥지름을 인치로 나타낸 값과 1인치 사이의 나사 산수

나사산의 각도 - 60〬

산 - 평탄, 골 - 둥글다

➀ 유니 파이 보통나사 - 1/4-20 UNC

➁ 유니 파이 가는 나사 - 1/4-28 UNF

항공기용 작은 나사

다. 휘트워드 나사 (기호 W)

영국 규격 나사

한국 - 1972년 폐지

호칭치수 - 볼트의 바깥지름을 인치로 나타낸 값과 1인치 사이의 나사 산수

나사 구멍의 드릴지름 경험식

나사산의 각도 - 55〬

*미터나사 　D = M - p

*유니파이 나사, 휘트워드 나사　　D = (M - 1/N) x 25.4

마. 관용 나사(pipe thread)

파이프를 연결

누설을 방지하고, 기밀유지

나사산의 각도 - 55〬

산 - 둥글다, 골 - 둥글다

➀ 관용 테이퍼나사 - 더욱 기밀유지 - 테이퍼 1/16

테이퍼 수나사(R - ISO규격)

테이퍼 암나사(Rc - ISO규격)

평행 암나사(Rp - ISO규격)

➁ 관용 평행나사(G - ISO규격)

(2)운동용 나사

가. 사각나사

축 방향에 큰 하중을 받아 운동을 전달

하중의 방향이 일정 하지 않고 교번 하중을 받을 때

가공이 어렵다

높은 정밀도의 나사로는 적합하지 않다.

나. 사다리꼴 나사 = 애크미 나사 - 스러스트(thrust)를 전달

나사산 각도 - 미터계 30〬(TM -ISO규격x), (Tr - ISO규격)

인치계 29〬(TW)

다. 톱니나사

힘을 한 방향으로만 받을 때

축에 직각 방향

나사산 각도 - 30〬, 45〬

* 압력 쪽 → 사각나사 - 제작용이 30〬 - 3〬 경사

45〬 - 5〬 경사

* 반대 쪽 → 삼각나사 - 하중을 받지 않는 면에 0.2mm 틈새

바이스, 압착기

라. 너클 나사(Knuckle thread) = 원형나사 = 둥근 나사

전구 입구의 쇠붙이

먼지 모래 등이 들어가기 쉬운 경우 사용

마. 볼나사

➀ 장점

높은 효율 (약90%)

백 래시(back lash)가 0에 가깝다

정밀도 오래 유지

먼지에 의한 마모가 적다

윤활에 무신경

➁ 단점

고가

작은 피치 불가능

자동 체결곤란

작은 너트 불가능

고속회전 시 소음발생

➂ 실용 범례

수치제어 공작기계의 이송나사

공작 기계의 이송나사

4. 나사의 효율 및 강도

(1)나사의 마찰과 자립상태

*자립조건(자동결합) - 외력의 작용 없이 스스로 풀어지지 않는 조건

가. 사각나사 경우

( 마찰각, 리드각)

나. 삼각나사 경우

(2) 나사의 비틀림 모멘트

(3)나사의 효율

자립 상태의 효율 50% 미만

(4)나사의 강도

가. 축 방향에 정하중 받는 경우

= ( 바깥지름, 허용응력, 하중)

나. 축 방향에 하중을 받고 동시에 비틀림 받는 경우

= ( 바깥지름, 허용응력, 하중)

다. 축에 직각으로 전단 하중을 받는 경우

= ( 바깥지름, 전단응력, 하중)

라. 축 방향에 충격 하중을 받는 경우

5.볼트와 너트

재질 - 연강

황동, 청동, 스테인리스강 - 부식

가공 정도 - 상, 중, 흑피

나사 정밀도

미터나사 - 1급 2급 3급

유니파이 나사 - 3A급 2A급 1A급(볼트)

- 3B급 2B급 1B급(너트)

(1)육각 볼트 및 육각 너트

가. 관통볼트

나. 탭 볼트 - 너트사용 안함

다. 스터드(stud) 볼트

(2)특수 볼트 및 특수너트

가. 기초볼트 - 콘크리트 바닥에 설치

시멘트, 콘크리트, 납, 황, 모르타르

나. 스테이(stay) 볼트 = 간격유지볼트 - 일정한 간격으로 유지

다. T홈 볼트

라. 아이 볼트 -

무거운 기계와 전동기 등을 들어 올릴 때(로프, 체인, 훅 등을 거는데 사용)

마. 둥근 머리 사각 목 볼트 - 목재구조물

바 리머(reamer) 볼트 - 미끄럼 방지

사. 충격 볼트 - 충격적인 인장력 작용

단면적 작게 하여 늘어나기 쉽게

아. 나비볼트(wing bolt) - 손으로

(2-1) 특수너트

가. 사각너트 - 주로 목재사용

나. 원형너트 = 둥근 너트

자리가 좁아 육각 너트 못쓸 때, 너트높이를 작게 할 떄

다. 플랜지 너트 = 와셔붙이 너트

볼트 구멍이 클 때

접촉면을 거칠게 다듬질 했을 떄

큰 면압을 피하려고 할 때

라. 홈 붙이 너트

분할 핀을 끼워 너트의 풀림 방지

홈의 수 - 6개 또는 10개

마. 캡 너트 - 유체유출 방지

바. 아이 너트

사. 나비너트 - 손으로

아. T 너트

자. 슬리브(sleeve) 너트 - 볼트 중심선의 편심을 방지

차. 플레이트 너트 - 너트를 깎을 수 없는 얇은 판

카. 턴버클(turn buckle) - 양끝에 오른나사 및 왼나사로 되어 있어서

막대와 로프 등을 죄는데

(3) 작은 나사(machine screw) - 지름 8mm 이하

(4) 멈춤 나사(set screw) - 키의 대용

(5)나사못(wood screw)과 태핑나사(tapping screw)

가. 나사못 - 목재

나사의 끝 - 드릴(drill)과 탭(tap)의 역할

나. 태핑나사 - 얇은 판이나 무른 재료에 암나사를 내면서 체결

(7) 와셔(washer) - 볼트에 끼워 사용

볼트의 구멍이 너무 클 때

표면이 거칠 때

접촉면이 기울어져 있을 때

압축에 약할 때(목재, 고무 등)

3 ( 둥근 와셔의 지름, 볼트의 지름)

( 둥근 와셔의 두께)

* 기계용 - 평 와셔

* 너트 풀림 방지용 - 스프링 와셔, 이 붙이 와셔, 혀 붙이 와셔

(8) 나사(너트)의 풀림 방지법

가. 와셔를 사용하는 방법

나. 로크너트에 의한 방법

다. 자동 죔 너트에 의한 방법

라. 핀, 작은 나사, 멈춤 나사 등에 의한 방법

마. 철사에 의한 방법

제2절 키, 핀, 코터

1. 키(Key)

(1) 개요

축에 기어, 풀리, 플라이 휠, 커플링 등의 회전체를 고정 시키고, 축과 회전체를

일체로 하여 회전을 전달시키는 기계요소

축의 재료보다 약간 강한 재료

(2) 키의 종류

가. 성크 키(sunk key)

가장 널리 사용

기울기 1/100

평행키(set key), 때려 박는 키(driving key)

나. 반달 키(woodruff key) = 우드러프 키

키와 키 홈 가공이 쉽고

키가 자동적으로 축과 보스 사이에 자리를 잡음

작은 축(60 mm이하)사용

특히 테이퍼 축에 사용

다. 접선 키

1/100의 기울기를 가진 2개의키를 한 쌍

역전 - 120〬로 되는 위치에 2조 설치

*케네디 키

한 방향 - 90〬로 되는 위치에 1조 설치

라. 원뿔 키 - 마찰력으로

바퀴가 편심 되지 않고 축의 어느 위치에서나 설치

마. 미끄럼 키 = 안내 키 = 페더 키

축 방향으로만 이동

바. 스플라인 키

축의 원주에 4-20개의 키

축(스플라인 축)과 보스(스플라인)가 미끄럼 운동

*중심 맞추기

➀ 바깥지름 중심 맞추기

➁ 안지름 중심 맞추기

➂ 플랭크 중심 맞추기

각형 스플라인, 인벌류트 스플라인

사. 세레이션(serration) - 축에 삼각형 형상의 키가 한 몸체

삼각 치 세레이션, 인벌류트 세레이션

아. 소 회전력의 키

1) 새들 키(saddle key) = 안장 키 - 마찰력으로 아주 작은 힘

축 - 홈을 파지 않고

보스 - 키 홈

2) 평키 - 작은 힘

축 - 키의 나비만큼 평평하게 깎은 키

보스 - 키 홈

3) 둥근 키(round key) = 핀 키 - 핸들과 같이 토크가 작은 것의 고정

= ( 핀의 지름, 축의 지름)

2. 핀(Pin) - 키 대체용

2개 이상의 부품을 결합시키는데 사용

나사 및 너트의 이완방지

분해, 조립할 부품의 위치를 결정

(1) 핀의 종류

가. 평행 키(dowel pin) - 2개의 위치를 일정하게 할 때

나. 테이퍼 핀(taper pin) - 1/50 테이퍼

다. 분할 핀(split pin) - 너트의 풀림방지 및 핀이 빠져나오지 않게

라. 스프링 핀(spring pin) - 구멍의 크기가 일정하지 않더라도 해머로 때려 박음

(2) 너클 핀(knuckle pin) 이음

상대적으로 각운동

3. 코터(Cotter) - 축방향의 인장력, 압축력을 전달

반영구적 - 1/20-1/40

자주 분리 - 1/10-1/15 - 핀 사용

1/5-1/10 - 너트 사용

* 위의 기울기는 책마다 약간 다르므로 참고

*코터의 자립조건 ( 구배, 마찰각)

양쪽구배

한쪽구배

제3절 리벳(Rivet)

1. 리벳이음의 개요

(1)개요 - 영구적 접합

(2)리벳 이음의 특징

➀ 잔류 변형이 생기지 않음

➁ 현장 조립이 용이

➂ 경합금은 신뢰성

2. 리벳의 종류

(1) 제조방법에 의한 분류

➀ 냉간성형 리벳 - 1-13mm

➁ 열간성형 리벳 - 10-44mm

(2) 사용목적에 의한 분류

➀ 보일러용 리벳 - 강도 +기밀, 보일러 고압탱크

➁ 저압용 리벳 - 수밀, 저압 탱크

➂ 구조용 리벳 - 강도, 차량, 철교, 구조물

(3) 리벳의 모양에 의한 분류

둥근 머리 리벳

접시머리 리벳 - 전체길이

납작 머리 리벳

둥근 접시 머리 리벳

얇은 납작 머리 리벳

남비 (냄비)머리 리벳

3.리벳 이음

(1) 겹치기 이음 - 편심하중

(2) 맞대기 이음

(3) 평행형 리벳이음과 지그 재그형 리벳이음

(5) 리베팅

리벳구멍 20mm까지 - 펀칭

리벳의 직경보다 1-1.5mm크게 뚫음

제2의 머리 - 수력 - 리벳직경 25mm 까지

기계력 - 리벳직경 25mm이상

(6) 코킹(caulking)

코킹 - 기밀

풀러링(fullering) - 기밀을 더욱 완전

코킹, 풀러링 작업 방법

강판 두께 5mm이상

강판두께 5mm이하 - 패킹 끼워 리베팅(베, 종이, 석면)

4. 리벳이음의 강도 및 효율

(1) 리벳이음의 전단강도

(2) 리벳이음의 강도 계산

(3) 리벳의 효율

가. 판의 효율()

= = ( p 리벳의 피치, d 리벳의 지름)

나. 리벳의 효율

(4)보일러용 리벳이음

가. 강판의 두께(t)

나. 리벳의 지름(d)

*바하(bach)의 식

➀겹치기 리벳이음

d = - 4(mm)

➁양쪽 덮개 판 리벳이음

1렬 d = - 5(mm)

2렬 d = - 6(mm)

3렬 d = - 7(mm

출처 : Tong - sksgidgk