볼트의 체결 토크와 인장하중

 

볼트에 대해서 추가 설명을 요구하시는 분이 계셔서 추가합니다.

볼트는 렌치등으로 조이면서 적은 토크로 큰 인장하중을 작용시키는 일종의 쐐기 원리를 이용한 기계요소인데요. 이때 당연히 볼트의 체결력(인장하중)은 작용토크에 비례하겠는데요. 그 상관관계를 알아보도록 하지요.

나사의 체결토크와 인장력은 아래 그림의 경우

 

마찰력을 고려하지 않을때

 

F=Q X P / (2πR)

 

마찰력을 고려할때

 

풀때 F= Q X (2πμr - P) / (2πr + μP) X r/R

 

잠글때 F= Q X (2πμr + P) / (2πr - μP) X r/R

 

F = FORCE AT THE END OF HANDLE OR WRENCH(핸들 또는 렌치 끝에 작용하는 힘)
R = LEVER ARM OF F(F에 대한 모멘트 암 길이)
r = PITCH RADIUS OF SCREW (나사의 피치 반경)
P = LEAD OF THREAD (나사 피치)
Q = LOAD (작용 인장 하중)

로 정리할수 있는데요. 공식의 유도는 F.B.D을 사용하시면 쉽게 해결할 수 있겠지요.

 

실제로 자동차의 경우 특히 엔진 관련해서는 각 볼트의 체결 토크를 도면상에 명시하여 주는데요. 금형의 경우도 볼트의 최대 효율을 올리기 위해서는 체결 토크에 신경 좀 쓰심이 좋을 것 같네요. 이경우 한가지 주의 하실 점은 나사부의 최소 체결 길이(ENGAGE MIN.)가 작용 인장하중에의해 발생하는 전단 응력을 견딜 수 있도록 해주어야 나사산이 뭉그러지는 현상이 없겠지요. 암나사 숫나사의 재질이 같다면 최소 체결 길이(ENGAGE MIN.)는 나사 직경 정도면 무리없겠구요. 보통은 최소 체결 길이(ENGAGE MIN.)를 나사직경의 1.5배 정도를 표준으로 하지요. 금형에서 그럴일은 없겠지만 전단 응력 계산이 필요한 경우는 숫나사의 경우 암나사 최소 직경에서 작용 면적을 따지면 되구요, 암나사의경우는 숫나사 최대 직경에서 작용 면적을 따지면 됩니다. 보다 정확한 설계를 원하시는 분들을 위해 간략하게 아는한도내에서 설명드렸습니다.