나사형 체결 부품의 유사점, 종류, 치수 및 기타 정보

관습 CNC 패스너 다양한 엔지니어링 응용 분야에 필수적인 강도와 안정성을 제공합니다. 우리 일상생활에서 구조물, 기계, 제품의 연결 부위가 안전하고 내구성이 없다면 얼마나 많은 것들이 불안정하고 신뢰할 수 없게 될지 상상조차 하기 어렵습니다. 

오늘날 산업 현장에서 널리 사용되는 맞춤형 체결 부품은 전자 기기부터 대형 장비에 이르기까지 모든 것을 고정하는 데 중요한 역할을 합니다. 나사식 체결 부품은 부품을 단단히 조여 결합하는 기능을 합니다. 이러한 압축력은 나사가 늘어나면서 강력한 체결력을 발생시키는 데서 비롯됩니다. 산업 현장에서는 고대부터 나사와 볼트를 사용해 왔으며, 그 수요는 꾸준히 증가해 왔습니다. 계속 읽어보시면 이러한 사소해 보이는 부품들이 어떻게 다양한 분야에서 활용되는지 알 수 있습니다.

 

나사식 체결 부품이 가장 많이 사용되는 이유는 무엇일까요?

나사식 체결 부품의 적응성

나사식 체결 부품은 최신 엔지니어링 요구 사항을 충족하도록 발전해 왔습니다. 오늘날 시장에는 다양한 종류의 체결 부품이 있습니다. 체결 부품 전문가들은 문제의 95%가 잘못된 체결 부품 유형이나 적용 방식에서 발생한다고 말합니다. 체결 부품의 강도와 내구성은 설계, 재질, 코팅의 세 가지 측면에서 결정됩니다.

 

나사식 체결 부품의 구성 요소

일반적인 나사형 체결 부품 구성 요소는 다음과 같습니다.

경사진 머리: 

경사 나사산 패스너

이러한 헤드에는 날카로운 모서리로 인한 부상을 방지하기 위해 일반적으로 경사진 모서리가 있습니다. 이러한 각도 덕분에 렌치나 소켓이 꽉 조여 있거나 풀릴 때 너트와 볼트에 더욱 잘 맞도록 설계되었습니다.

렌치 플랫

렌치 플랫은 체결 부품 헤드 윗부분에 있는 평평한 면입니다. 이 면은 렌치나 소켓이 단단히 고정되어 체결 시 적절한 토크를 가할 수 있도록 해줍니다.

하중 지지 와셔 표면

와셔 표면은 헤드와 직접 접촉하여 더 넓은 표면에 걸쳐 장력을 유지합니다. 또한 패스너의 모서리가 눌리는 표면을 파고드는 것을 방지합니다.

둥근 필렛 가장자리

마모를 방지하고 결합력을 강화하기 위해 체결부 머리 바로 아래에 둥근 모서리(필렛 엣지)를 주조하여 만듭니다. 이 곡선형 전환 부위는 응력을 감소시키고 머리와 생크를 연결하는 데 도움을 줍니다.

매끄러운 생크 부분

나사산이 없는 매끄러운 생크 부분은 패스너 직경을 측정하는 데 있어 매우 중요한 부분입니다. 이 부분에는 나사산이 없으므로 고정 시 드릴로 뚫은 구멍과 정확하게 정렬할 수 있습니다.

나사산 전환 영역

생크 부분과 나사산 부분 사이에는 전환 영역이 존재합니다. 이 영역은 나사산이 없는 부분에서 나사산이 있는 부분으로의 부드러운 전환을 보장하여 응력 집중을 최소화합니다.

나사산 부분 길이

나사산 부분의 길이는 체결 부품에서 외부 나사산이 얼마나 길게 드러나는지를 나타냅니다. 이 길이는 난간의 용도와 예상되는 하중 패턴에 따라 달라집니다.

테이퍼형 진입점

나사산 진입점이 테이퍼형으로 되어 있어 내부 나사산과 정렬이 용이하고, 따라서 외부 나사산이 쉽게 결합됩니다. 이러한 특징은 나사산이 엇갈리는 것을 방지하고 조립을 간편하게 해줍니다.

 

나사식 체결 장치의 작동 원리: 핵심 메커니즘 설명

나사식 체결 장치의 작동 원리

나사식 체결 부품은 원통형 축의 나선형 홈을 통해 재료가 조립되어 부품이나 구성 요소를 단단히 고정하는 장치입니다. 패스너 제조 공정 나사산은 회전 토크를 재료 사이의 안정적인 선형 힘으로 변환하여 우수한 인장력을 발생시킵니다. 볼트와 같이 샤프트 외부에 있는 나사산은 수나사이고, 너트와 같이 샤프트 내부에 있는 나사산은 암나사입니다. 내부 및 외부 나사산은 접합된 재료에서 발생하는 전단 응력과 인장력을 제어합니다.

 

다양한 산업 분야에서 나사의 활용

산업용 패스너 적용 분야

이 체결 부품은 인장력이나 당김에 저항하는 우수한 인장 강도와 움직임에 대한 저항성을 갖추고 있습니다. 이러한 특성 덕분에 모든 종류의 재료에 대한 비영구적 접합에 적합합니다. 항공우주, 건설, 농업 등 다양한 분야에서 사용됩니다. 자동차 패스너 이는 구성 요소가 의도된 대로 최적의 성능을 발휘하는 데 특별히 필요한 사항입니다. 

 

다양한 용도에 사용되는 나사형 체결 장치의 종류

다양한 디자인 스레드

현대식 나사형 리벳은 재료 접합에 대한 특정 요구 사항을 충족하기 위해 여러 가지 변형으로 생산됩니다. 나사형 스터드를 선택할 때는 헤드 유형, 나사산 개수, 재질 경도 등을 고려할 수 있으며, 이러한 요소들은 특정 성능을 달성하는 데 중요한 결정 요인입니다.

나사형 체결 장치의 주요 유형은 다음과 같습니다.

• 나사 너트 볼트의 반대쪽 나사산에 맞물리는 나사 구멍이 있는 체결 부품으로, 다양한 형태로 재료를 단단히 고정하는 데 사용됩니다.
• 스레드 볼트 – 외부 수나사산이 있는 체결 부품으로, 암나사산 부품이나 너트를 사용하는 구조물을 결합하는 데 사용됩니다.
• 나사산 나사 나사는 너트 나사산이 있는 경우가 많지만, 자체 나사산이 있어 사실상 모든 크기나 모양의 재료에 직접 조일 수 있습니다.
• 나사산 와셔 – 나사, 볼트 또는 너트를 조일 때 표면에 가해지는 하중을 분산시켜 손상을 방지하고 안정성을 유지하는 데 도움이 됩니다.

위에 언급된 체결 유형에는 육각 볼트, 기계 나사, 판금 체결 장치 등 다양한 하위 유형이 있으며, 이러한 체결 장치는 특정 용도에 맞춰 다양한 재질과 등급으로 구입할 수 있습니다.

 

특수 목적용 나사 및 볼트

고성능 체결 부품은 더 높은 강도, 우수한 내식성 또는 특수한 형상이 요구되는 용도에 사용됩니다. 때로는 표준 체결 부품으로는 충분하지 않아 제조업체가 맞춤형 나사 체결 부품을 제작할 수 있습니다. 예를 들어 구조용 강재를 콘크리트 기초에 연결하는 데 사용되는 앵커 볼트나 매우 무거운 산업 장비를 지지하는 데 사용되는 파이프 행거 또는 케이블 트레이 등이 있습니다.

나사는 볼트와 비슷하지만 일반적으로 머리 모양이 다릅니다. 주로 주요 연결 부위에 상당한 하중이 가해지는 곳에 사용됩니다. 체결 부품은 무게, 강도 및 비용 측면에서 맞춤 제작이 가능한 경우가 많습니다. 또한, 특히 전자 제품 분야에서 플라스틱 체결 부품의 사용이 꾸준히 증가하고 있는데, 이는 조립 및 분해, 수리 작업이 매우 편리하기 때문입니다.

 

나사형 체결 부품 표기법 및 규격 – 기본 안내서

나사형 체결 부품에는 일반적으로 제품에 코드나 표기가 되어 있습니다. 이 정보는 작업에 맞는 올바른 체결 부품을 선택하는 데 매우 중요합니다.

체결 부품 표기법은 다음을 명시합니다.

• 드라이브 유형 - 설치에 필요한 공구 또는 드라이버의 종류를 설명합니다. 일반적인 드라이버 나사 종류로는 십자형(필립스), 육각 소켓, 사각형, 별형 등이 있으며, 별형은 특정 용도에만 사용됩니다.
• 머리 모양 – 체결 부품의 머리 모양을 보여줍니다. 필요한 설계에 따라 평면형, 원형, 팬형, 육각형, 타원형 등 다양한 모양이 가능합니다.
• 재료 - 체결 부품의 강도에 영향을 미치는 가장 중요한 결정 요소 중 하나는 재질입니다. 재질은 하중을 견디는 데 이상적인 고강도 강철부터 강도가 많이 필요하지 않은 용도에 사용되는 경량 합금 및 플라스틱까지 다양합니다.
• 측정 - 표기법에는 직경, 나사산 개수, 길이 등이 사용될 수 있습니다. 미국에서는 패스너에 인치 단위의 치수를 사용하는 경향이 있는 반면, 전 세계적으로는 미터법이 사용되며 치수는 밀리미터 단위로 표시됩니다.

체결 부품에 대한 예비 정보는 부품에 적힌 표기를 통해 얻어지며, 이를 통해 해당 부품이 적용 요구 사항에 부합하여 신뢰성과 성능을 확보할 수 있습니다.

 

나사식 체결 부품의 체결력 요구 사항 이해

기계적 강도를 보장하기 위해 체결 부품의 체결력은 실제 작업 조건에서 적용되는 최대 하중보다 높아야 합니다. 이 임계 체결력은 체결 부품의 늘어남을 설치 시 허용된 늘어남으로 제한하는 데 도움이 됩니다. 이 늘어남을 초과하면 항복 변형이나 조립체의 피로 파손이 발생할 수 있습니다.

모든 체결 부품에는 해당 나사형 체결 부품이 제공할 수 있는 최대 체결력이 표시되어 있습니다. 의도된 정격은 항복점보다 낮게 설정되어 체결 부품을 풀고 조일 때에도 체결 부품의 무결성을 유지합니다. 이러한 치수를 준수하면 손상을 방지하고 체결 부품 및 조립품의 수명을 연장할 수 있습니다.

 

왜 직접적인 체결력 대신 토크 규격을 사용하는가?

클램핑 증폭기

실제 적용 사례, 예를 들어 조립 라인에서는 체결력을 직접 측정하기 어렵습니다. 하지만 토크 규격은 충분한 체결력이 확보되도록 간접적으로 보장하는 수단으로 사용됩니다. 토크는 체결 부품에 가해지는 회전력으로 정의되며, 특히 대량 생산 라인에서는 체결력보다 훨씬 쉽게 정량화할 수 있습니다.

각 나사 연결부에서 가해지는 토크는 실제 체결력에 비례합니다. 그러나 체결력은 선형 함수가 아니며 체결 부재의 재질, 피치 및 나사 직경 등에 따라 달라집니다. 결과적으로, 동일한 토크 값이라도 체결면 내에서 체결력이 다르게 나타날 수 있습니다. 설계 엔지니어는 매번 필요한 체결력을 제공하는 적절한 토크 값을 결정해야 합니다.

 

나사 체결 시 토크와 체결력 관계에 영향을 미치는 요인

토크와 클램핑력 간의 상호 작용은 설계의 여러 요소에 따라 달라집니다. 주요 요소는 다음과 같습니다.

• 재료 구성 – 체결 부품과 결합되는 부품의 재질 모두 토크를 체결력으로 변환하는 데 영향을 미칩니다.
• 나사산 피치 및 직경 – 나사산이 가늘면 필요한 체결력을 얻는 데 필요한 회전량이 적지만, 나사산 직경이 크면 동일한 체결력을 얻기 위해 더 많이 회전해야 합니다.
• 윤활과 마찰 – 윤활 또는 마찰력의 차이는 토크가 체결력으로 전환되는 비율을 변화시킬 수 있습니다.

이러한 요소들에 대한 지식을 통해 엔지니어는 다양한 용도에 적합한 체결력을 제공하여 신뢰성과 안전성을 확보할 수 있는 정확한 토크 사양을 도출할 수 있습니다.

 

나사형 패스너와 비나사형 패스너: 장단점

나사산이 있는 체결구와 나사산이 없는 체결구 중 어떤 것을 사용할지는 강도와 프로젝트 유연성에 큰 영향을 미칩니다. 볼트와 나사는 나사산이 있는 체결구의 일종으로, 나선형 나사산이 재료를 결합하는 역할을 합니다. 핀과 클립과 같은 나사산이 없는 체결구는 나사산이 있는 체결구와는 다른 방식으로 부품을 결합합니다. 

다음은 각 건축 구조 유형의 장점과 단점을 비교한 것입니다.

나사형 체결 장치의 장점

나사산 패스너

나사식 체결구는 높은 체결력을 제공하며 일반적으로 신뢰성이 높습니다. 장기간 안전한 연결이 필요한 경우에 사용됩니다. 또한 조정이 간편하여 정렬 및 재조임 작업이 용이합니다. 

또한, 이러한 체결 부품은 다양한 크기와 재질로 제공되어 어떤 프로젝트에도 적용 가능합니다. 유지보수 측면에서 나사식 체결 부품은 부품에 손상을 주지 않고 쉽게 탈부착할 수 있습니다. 또한, 나사 고정제는 진동으로 인해 부품이 헐거워지거나 떨어져 나가는 것을 방지하는 데 도움이 됩니다.

나사식 체결 부품을 사용하는 데에는 여러 가지 어려움이 따르는데, 특히 대규모 프로젝트에서 작업 시간이 오래 걸릴 경우 더욱 그렇습니다. 설치 시 적절한 예방 조치를 취하지 않으면 나사산이 엇갈리게 되어 나사산과 재료가 손상될 위험이 있습니다. 특수 나사식 체결 부품은 일반적으로 표준 부품보다 가격이 비싸기 때문에 프로젝트 예산에 부담을 줄 수 있습니다.

나사산이 없는 패스너의 장점

나사산이 없는 패스너

나사산이 없는 체결 부품은 빠른 작업이나 반복적인 사용이 필요한 설치 작업에 더 편리합니다. 쉽게 구할 수 있고, 특별한 준비 없이 간편하게 사용할 수 있으며, 일반적으로 DIY 작업이나 간단한 용도에 적합합니다. 나사산이 없는 저렴한 체결 부품은 가격 대비 성능이 우수합니다. 또한, 돌출부가 적어 평평한 표면이 필요한 용도에 적합합니다.

 

나사 이외의 체결 장치의 한계

나사산이 없는 체결 부품은 일반적으로 체결력이 제한적이어서 상당한 힘이 요구되는 용도에는 충분하지 않을 수 있습니다. 또 다른 문제는 유연성입니다. 나사산이 없는 체결 부품은 한 번 설치하면 제거하거나 교체하기가 더 어려울 수 있습니다. 그럼에도 불구하고, 건설 및 엔지니어링 분야에서 구조물에 높은 강도가 요구되는 경우 모든 재료나 용도에 나사산이 없는 체결 부품을 사용할 수 있는 것은 아닙니다.

적절한 체결 부품은 프로젝트의 요구 사항에 따라 달라집니다. 볼트와 나사는 매우 강력하고 다양하지만, 가벼운 작업에는 과할 수 있습니다. 나사산이 없는 체결 부품은 가격이 저렴하고 설치가 간편하지만, 체결력과 유연성은 나사산이 있는 체결 부품에 비할 수 없습니다. 따라서 사용자의 필요에 따라 두 가지 유형의 체결 부품을 상호 보완적으로 사용하여 최적의 결과를 얻을 수 있습니다.

 

나사형 패스너: 필수 기본 사항

기계적 체결에는 나사, 볼트, 너트가 필요합니다. 이러한 재료는 강력하고, 분리 가능하며, 되돌릴 수 있는 체결력을 제공하고 재사용이 가능할 수 있기 때문입니다.

나사산의 주요 치수 (영국식 단위계)

영국식 나사산 정의 체계는 호환성, 강도 및 적합성을 보장하기 위해 여러 가지 사양을 고려합니다.

• 스레드 양식 - 이는 나사산의 모양, 즉 나사산의 단면 형상을 의미합니다. 나사산은 수년에 걸쳐 다양한 규격으로 설계되었으며, 초기에는 샤프-V 나사산이 있었고, 현재 일반적으로 사용되는 나사산으로는 아메리칸 내셔널(ANN) 나사산과 유니파이드(Unified) 나사산이 있습니다.
• 스레드 시리즈 - 실의 굵기는 인치당 실 가닥 수(TPI)로 표시되며, 가는 실, 중간 실, 굵은 실, 아주 가는 실로 분류됩니다.
• 주요 직경 – 나사산의 최대 치수는 체결부의 크기와 강도를 나타냅니다. 직경은 내부 나사산과 외부 나사산 사이의 정확한 결합 여부를 확인하는 데 필요합니다.
• 적합성 등급: 나사산은 끼워맞춤 정도에 따라 1등급(느슨함), 2등급, 3등급(밀착됨)으로 분류됩니다. 1등급은 빠른 조립을 위한 헐거운 끼워맞춤, 2등급은 일반적인 용도에 적합하며, 3등급은 높은 정밀도를 요구하는 용도에 적합한 밀착 끼워맞춤입니다.
• 인치당 나사산 수(TPI): 이 측정값은 체결 부품의 길이를 따라 존재하는 나사산의 밀도를 나타냅니다. TPI 값이 높을수록 인치당 나사산 수가 많아지며, 이는 나사산이 얇아져 점진적으로 조여진다는 것을 의미합니다.

나사산 형태의 종류

스레드 유형

다양한 종류의 나사산 형태는 각각의 고유한 적용 요구 사항을 충족하기 위해 만들어졌습니다.

• 통합 스레드: 현재 미국, 캐나다, 영국 전역에서 사용되고 있으며, 적절한 강성과 조립성을 제공합니다.
• 미터법 스레드: 미터 나사산은 외관상 유니파이드 나사산과 유사하지만 전 세계에서 사용하기 위해 밀리미터 단위로 측정됩니다.
• 스퀘어, 애크미, 버트레스 나사산: 이러한 나사산은 강도와 ​​내구성이 매우 중요한 기어 및 리드 스크류와 같은 동력 전달 부품에 가장 자주 사용됩니다.
• 손가락 관절 나사산: 이러한 절삭 공구는 일반적으로 판금이나 주조물에 사용되며, 비교적 거칠고 정밀도가 크게 중요하지 않은 곳에 사용됩니다. 대표적인 예로는 병뚜껑이나 전구 소켓 등이 있습니다.

실의 종류와 활용법

각 나사산 시리즈는 조립 요구 사항에 따라 특정 목적을 수행합니다.

• 굵은 실(UNC): 굵은 나사산은 플라스틱이나 주철과 같은 일반적인 재료가 사용되고 빠르고 쉬운 접합이 필요한 산업 분야에 가장 적합합니다.
• 미세실(UNF): 가는 전선은 더 나은 클램핑력을 제공하는데, 이는 높은 힘이 필요한 자동차 및 항공 분야에서 매우 중요합니다.
• 초미세 나사산(UNEF): 미세 나사산은 사람들이 최대한의 접촉을 원하는 좁은 영역에 적용 가능하며, 높은 응력이나 짧은 접촉이 예상되는 용도에 사용됩니다.
• 일정한 피치의 나사산: 표준 나사산 시리즈가 적합하지 않은 상황, 예를 들어 대구경 또는 고압 환경에서는 일정한 피치를 가진 비표준 나사산이 필요합니다. 표준 피치는 8, 12, 16 나사산으로 구성됩니다.

실의 적합성 등급

나사는 크게 세 가지 주요 맞춤 등급으로 분류되며, 이는 체결 부품이 상대 부품에 얼마나 정확하게 맞는지를 정의합니다.

• 1 클래스 : 클리어런스 핏은 부품 사이에 유격이 있는 형태로, 정밀도가 낮은 시스템에 적용하기에 이상적입니다.
• 2 클래스 : 볼트, 나사, 너트에 가장 흔히 사용되는 결합 방식은 자유 회전 결합으로, 표준화된 제품에 이상적인 견고하면서도 유연한 결합을 제공합니다.
• 3 클래스 : 정밀한 맞춤은 엄격한 공차, 공구 및 진동 발생 가능성이 높은 고응력 영역에 사용되는 응용 분야입니다.

기술 도면에서 나사산 표현하기

나사산 그리기

나사산 부분은 이해를 돕기 위해 도면에 기호로 표시됩니다. 영국식 표기법에서 나사산 관련 설명은 일반적으로 다음과 같은 내용을 포함합니다.

• 지름: 주요 지름을 분수 또는 소수로 나타낸 값입니다.
• 인치당 나사산 수(TPI): 이것들은 실의 밀도를 보여줍니다.
• 스레드 형태: 예를 들면 Unified나 American National 같은 것들입니다.
• 스레드 시리즈 및 피팅 클래스: 거친지, 가는지, 또는 아주 가는지, 그리고 적합도 등급은 1, 2, 또는 3으로 표시됩니다.
• 내부 또는 외부 지정: 외부 스레드는 'A', 내부 스레드는 'B'로 명명됩니다.

미터 나사산 사양

미터 나사산은 ISO 규격을 따르며, 통합 나사산과 마찬가지로 밀리미터 단위로 측정됩니다. 미터 나사산의 주요 구성 요소는 다음과 같습니다.

• 기호 “M”: 미터법 나사산을 나타냅니다.
• 직경 및 피치: 밀리미터 단위로 표기하고 그 뒤에 "x" 기호를 붙입니다. 예를 들어, M16 x 1.5입니다.
• 공차 등급: 외부 나사산에는 소문자를, 내부 나사산에는 대문자를 사용하여 피치와 최소 직경의 정밀도를 나타냅니다.

표현 방식: 기존 방식 vs. 대안 방식

도면에서 실을 표현하는 일반적인 방법에는 두 가지가 있습니다.

• 관습적 표현: 보는 사람이 이미지를 이해하는 데 필요한 선만 그린 보기 방식으로, 일반적으로 복잡하지 않은 단순한 그림에 사용됩니다.
• 대안적 표현: 나사산 모양을 더 자세히 보여주므로 나사산 단면의 세부 사항을 강조해야 하는 복잡한 나사산에 유용합니다.

압연사 vs. 절삭사

압연사 vs. 절삭사

스레드는 크게 두 가지 방법으로 생성할 수 있습니다.

• 절삭 나사산: 재료 제거 과정에서는 내부 나사산의 경우 탭과 같은 도구를 사용하고 외부 나사산의 경우 다이를 사용합니다.
• 롤드 스레드: 압연 나사는 나사산 형태에 재료를 채워 넣어 만드는 방식입니다. 이 과정을 통해 나사산의 크기는 작으면서 강도는 더 높아집니다. 압연 나사는 높은 인장 강도가 요구되는 분야에 주로 사용됩니다. 이 공정에서 금속은 냉간 가공을 거칩니다.

 

프로린 테크의 맞춤형 패스너

프로린텍(Boda)은 다양한 산업 분야의 요구에 맞는 나사형 체결 부품을 제조합니다. 모든 제품은 품질 테스트를 거쳐 현장에서 기대대로 작동하도록 보장합니다. 또한, 시장 수요에 부응하기 위해 검증된 경제적인 솔루션을 제공하며, 필요에 따라 추천해 드릴 수도 있습니다. 

이러한 모든 대체재는 Boda의 요구 사항을 충족하기 위해 품질 및 내마모성 측면에서 꼼꼼하게 검사됩니다. 고객이 요청할 경우 이러한 옵션을 자유롭게 이용할 수 있으므로 높은 유연성과 효율성을 보장합니다. 체결 부품 대체품은 제품 식별의 혼동을 방지하기 위해 상표 표시 없이 생산 및 판매됩니다.