나사식 체결부 풀림 방지

나사 연결부는 작업 환경에서 극심한 진동 및 충격 하중을 포함한 모든 종류의 가변 하중에 노출될 수 있습니다. 이러한 가변 하중 작용 하에서 나사 연결부의 파손은 일반적으로 자체 풀림 및 피로 손상으로 인해 발생합니다. 일반적으로 나사 연결부의 진동 방지 풀림 수명은 재료 및 구조물의 피로 수명보다 훨씬 짧습니다. 피로 손상이 발생하기 훨씬 전에 나사 연결부의 풀림으로 인한 파손이 발생하거나, 풀림으로 인해 연결부 및 연결 부품에 조기 피로 손상이 발생할 수 있습니다. 나사 연결부의 파손은 제품 및 장비의 정상적인 작동에 영향을 미치고 심각한 결과를 초래할 수도 있습니다. 따라서 나사 연결부의 풀림을 방지하는 것은 나사 체결 부품의 개발 및 설계에서 중요한 과제 중 하나입니다.

나사식 체결부에는 기본적으로 세 가지 유형의 풀림 방지 방법이 있습니다.

1. 분리 불가능한 풀림 방지

이는 용접, 접합 또는 펀칭 리벳팅을 사용하여 분리 가능한 나사 연결부를 분리 불가능한 나사 연결부로 바꾸는 풀림 방지 방법입니다. 매우 신뢰할 수 있는 전통적인 풀림 방지 방법이지만, 나사 체결 부품을 재사용할 수 없고 작업이 번거롭다는 단점이 있습니다. 분해 없이 높은 신뢰성의 풀림 방지가 요구되는 중요한 상황에서 주로 사용됩니다.

• 용접너트는 볼트 또는 체결 부품에 용접되어 공작물에 고정됩니다.

• 결합에폭시 수지나 혐기성 접착제와 같은 접착제를 나사산 표면에 도포합니다. 접착제가 경화되면 나사산이 단단히 접착되어 잠금 및 풀림 방지 효과를 얻을 수 있습니다. 접착제 종류에 따라 잠금 능력이 다릅니다. 에폭시 수지로 코팅된 체결 부품은 접착력이 매우 강하여 분해할 수 없습니다. 혐기성 접착제로 코팅된 체결 부품은 분해할 수 있지만, 분해 후 나사산 표면에 남은 접착제를 제거하기 어렵고 나사산이 손상될 수 있으므로 재사용해서는 안 됩니다.

• 펀칭/리벳팅펀치 리벳팅 방식은 볼트(또는 나사)와 너트를 조인 후 국부적인 변형을 일으켜 풀림을 방지하는 데 사용됩니다. 이 연결 방식은 신뢰성이 높으며 분해가 필요 없는 모든 연결에 사용할 수 있습니다.

2. 기계식 체결 부품의 풀림 방지

기계식 체결구는 나사산이 있는 부품을 연결 부품에 고정하거나 나사산이 있는 부품 사이를 체결하여 풀림을 방지하는 데 사용됩니다. 이 방법의 장점은 풀림 방지 성능이 매우 뛰어나다는 것이며, 그 성능은 일반적으로 기계식 체결구(또는 슬롯 너트와 같은 체결구 자체)의 정적 강도 또는 피로 강도에 따라 달라집니다. 단점으로는 체결부의 무게가 증가하고, 제조 및 설치가 어렵고, 설치 유연성이 떨어져 비용이 상대적으로 높다는 점입니다. 그럼에도 불구하고 높은 풀림 방지 성능 덕분에 기계 제품 및 항공우주 제품의 주요 부품에 널리 사용되고 있습니다.

• 코터핀 슬롯형 너트코터핀은 너트의 홈과 볼트 끝의 핀 구멍을 통과하여 너트와 볼트를 직접 고정합니다. 코터핀은 항공기 및 차량 조종석의 조이스틱 가동 관절 연결부와 같이 조임 없이(즉, 예압 없이) 느슨한 연결 상태로 사용되는 중요한 움직이는 부품에 사용할 수 있습니다. 또한 장기간 심한 진동 조건에서 풀림을 방지해야 하는 높은 신뢰성이 요구되는 특히 중요한 부품에도 사용할 수 있습니다. 이 경우 너트와 볼트는 적절한 예압으로 조여야 합니다. 그렇지 않으면 조여지지 않은 느슨한 연결부에서 코터핀이나 너트가 피로 손상을 입어 체결부가 풀리고 파손될 수 있습니다. 이러한 사고는 가혹한 작업 조건에 노출되는 많은 연결부에서 자주 발생합니다.

• 탭 와셔강철 와셔 한 개 또는 두 개를 사용하여 너트와 연결 부품을 함께 고정하거나 두 개의 너트를 서로 고정합니다. 풀림 방지 효과가 확실하며 고온 부품의 풀림 방지 연결에 사용할 수 있습니다. 엔진 제품의 중요 부품에 일반적으로 사용됩니다.

• 잠금 와이어나사 머리나 너트의 작은 구멍에 강철 와이어를 넣어 여러 개의 나사나 너트를 연결하고 고정하는 방법입니다. 조립 과정이 다소 번거롭지만, 풀림 방지 효과가 확실하기 때문에 특히 항공우주 제품의 중요 부품과 같은 중요한 곳에서 여전히 사용됩니다. 볼트나 나사를 여러 개 묶어서 사용할 때 풀림을 방지하는 데 효과적입니다.

3. 마찰력 증가를 통한 풀림 방지

풀림 방지란 나사산이나 볼트(나사) 머리와 너트 단면 사이의 마찰력을 증가시키거나, 동시에 두 부분의 마찰력을 증가시켜서 달성하는 방식입니다. 이 풀림 방지 방법은 앞서 설명한 두 가지 방법보다 신뢰성은 떨어지지만, 사용 공간에 제약이 없고, 반복적인 조립 및 분해가 가능하며, 조립 방식이 유연하다는 가장 큰 장점이 있습니다. 또한, 일부 체결 부품(예: 나일론 링 잠금 너트, 금속 잠금 너트)은 매우 높은 수준의 풀림 방지 신뢰성을 확보하고 있습니다. 따라서 이 풀림 방지 방법은 기계 제조 분야와 항공우주 분야에서 가장 널리 사용되고 있습니다.

• 더블 너츠:기존의 이중 너트 조립 방법은 내측 너트를 먼저 조이고 외측 너트를 조인 다음 내측 너트의 방향을 반대로 하여 두 너트의 높이 차이에 따라 나사산에 약간의 탄성 변형이 발생하여 추가적인 마찰력을 얻어 풀림을 방지하는 방식입니다. 그러나 실제 사용 결과, 이러한 조립 방법은 이중 너트의 풀림 방지에 효과적이지 않은 것으로 나타났습니다. 또한, 내측 너트의 방향을 반대로 할 때 체결 시스템의 하중이 감소하고 체결력이 약해져 풀림 방지 능력이 저하되는 단점이 있습니다. 새로운 조립 방법은 이러한 "내측 너트의 방향 전환" 과정을 생략하고, 먼저 내측 너트를 조인 다음 외측 너트를 조여 두 너트에 동일한 조임 토크를 적용함으로써 체결 시스템의 체결력을 더욱 높게 유지할 수 있습니다. 국내외 시험 결과, 새로운 조립 방법을 적용한 이중 너트의 풀림 방지 능력이 크게 향상된 것으로 나타났습니다. 나사 체결부의 다양한 풀림 방지 방법 중에서 진동 저항 수명이 높은 몇 안 되는 방법 중 하나입니다. 두 개의 너트를 사용하기 때문에 무게가 증가하지만, 구조가 간단하고 풀림 방지 효과가 우수하며 고온에서도 사용할 수 있어 엔진의 나사 연결부 풀림 방지 등 중요한 용도로 여전히 사용되고 있습니다.

• 톱니형 플랜지 너트 그리고 볼트너트와 나사 머리 아래쪽의 접촉면은 널링 또는 톱니 모양으로 가공되어 있습니다. 너트나 나사를 조일 때, 접촉면과 체결부 사이에 마찰 저항이 발생하며, 특히 톱니 부분이 체결부 표면에 박히면 더욱 견고한 체결이 이루어집니다. 접촉면 톱니의 형상과 조임 시 가해지는 체결력은 체결 성능에 상당한 영향을 미칩니다. 안정적인 비틀림-인장 관계와 충분히 높은 체결력은 이 체결 방식이 체결력을 유지하기 위한 필수 조건입니다. 시험 결과, 이 체결 방식은 우수한 풀림 방지 특성을 갖는 것으로 나타났습니다. 와셔와 함께 사용하거나, 높은 체결력을 견딜 수 없거나 체결면이 긁힘이나 부식에 민감한 나사 연결에는 사용할 수 없습니다. 이 풀림 방지 방식을 사용할 때는 경도의 적절한 일치에 주의해야 합니다. 일반적으로 체결부의 경도는 체결부의 경도보다 낮아야 합니다.

• 전체 금속 잠금 너트:너트 본체의 상단은 비원형 또는 슬롯형(슬롯형 너트라고도 함)으로 마감되어 나사산을 부분적으로 변형시킵니다. 볼트를 너트에 조이면 너트 끝부분이 바깥쪽으로 팽창하고, 이 끝부분의 탄성을 이용하여 나사산 쌍을 측면으로 압축하여 나사산 틈을 없애고 나사산 마찰력을 증가시켜 볼트와 너트를 단단히 고정합니다. 따라서 풀림 방지 효과가 우수하며, 슬롯형 너트는 특히 풀림 방지 성능이 뛰어납니다. 나사산 정밀도가 높은 볼트와 함께 사용하면 풀림 방지 성능이 더욱 향상될 수 있으며, 너트의 경도에 상응하는 경도의 볼트와 함께 사용하면 연결부의 반복적인 조립 및 분해 수명을 크게 연장할 수 있습니다. 모든 금속 잠금 너트 중에서 슬롯형 너트는 재사용성이 가장 우수하며, 움직이는 부품을 제외한 모든 체결 부품에 사용할 수 있습니다.

• 나일론 인서트 잠금 너트: 너트 상단에는 나일론 링이 내장되어 있으며, 나일론 링의 내경은 나사산 직경보다 약간 작습니다. 볼트를 조이면 나사산이 나일론 링 밖으로 밀려 나오면서, 탄성이 뛰어난 나일론 소재가 볼트와 크고 안정적인 마찰력을 형성하여 견고한 체결을 가능하게 합니다. 따라서 풀림 방지 성능이 우수하고 반복적인 조립 및 분해가 가능합니다. 심한 충격과 진동이 발생하는 장소에도 적합하며, 저정밀 볼트부터 고정밀 볼트까지, 저강도 볼트부터 고강도 볼트까지 모든 종류의 볼트에 사용할 수 있습니다. 작동 온도는 나일론 링 소재에 따라 제한되며, 일반적으로 -50℃ ~ +100℃입니다.

• 스프링 와셔스프링 와셔는 스프링의 장력을 이용하여 나사산 연결부를 고정하는 방식입니다. 구조가 간단하고 비용이 저렴하며 사용이 간편하다는 장점이 있습니다. 일반적인 전기 기계 장비의 중요하지 않은 부품에서 풀림을 방지하는 데 널리 사용됩니다. 그러나 스프링 와셔는 풀림 방지 효과가 미흡하여 강한 충격이나 진동이 발생하는 부품에는 적합하지 않습니다. 또한 아연 도금이나 카드뮴 도금을 한 강철 와셔는 수소 취성 파괴가 지연되어 발생할 수 있으며, 이는 발견하기 어려운 잠재적 위험 요소로 작용하여 고장 사고를 초래할 수 있습니다. 따라서 중요한 부위에는 스프링 와셔를 사용하지 않습니다.

• 톱니형 잠금 와셔너트나 나사를 조일 때 와셔의 톱니가 평평해지면서 나사산과 접촉면 사이의 마찰 저항이 증가하여 나사 결합부에 잠금 효과를 제공합니다. 톱니는 나사 머리(또는 너트)와 연결 부품 표면에 박혀 있기 때문에, 톱니로 인한 손상은 부식에 대한 민감도를 높이고, 높은 응력을 받는 체결 부품이나 연결 부품의 경우 균열을 유발할 수 있습니다. 큰 체결력이 가해지면 와셔의 톱니가 균열되거나 파손될 수 있습니다.

• 미셸
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