기계설계의 개요 (3), 나사 (1)

1.5.4 끼워맞춤의 적용 예

기계설계에 있어서 끼워맞춤 부에 대하여 어떠한 종류의 끼워맞춤을 선정하느냐 하는 문제는 기계의 기능, 부품의 크기, 재질 등 여러 가지 요구조건에 따라 달라지므로 한마디로 말하기는 곤란하며, 기술과 경험의 축적으로 보다 적정한 끼워맞춤을 선정하게 되는 것이다.

 

1.5.5 한계 게이지 공작방식

끼워맞춤 방식에 의하여 설계된 부품을 제작할 때는 주어진 공차 내의 치수로 제품을 가공하면 된다. 이때 제품을 일일이 측정기로 측정하여 공차 내에 들어간 것을 골라내는 것보다는 게이지를 마련하여, 이것으로 제품을 검사하는 것이 편리하다.

이 게이지를 한계 게이지라 한다. 한계 게이지에는 통과 쪽과 정지 쪽이 있어 제품은 이 두 가지 게이지 안에 들어가도록 공작한다. 이와 같은 공작방식을 한계 게이지 공작방식이라 한다. 또한 구멍용 게이지를 플러그 게이지, 축용 게이지를 스냅 게이지라 부른다.

플러그 게이지에서는 통과 쪽은 구멍의 최소 치수보다 약간 작게 하고, 정지 쪽은 구멍의 최대 치수보다 약간 크게 한다. 스냅 게이지에서는 통과 쪽은 축의 최대 치수보다 약간 크게 하고, 정지 쪽은 축의 최소 치수보다 약간 작게 한다.

한계 게이지 공작방식으로 제작할 때의 그 주요한 이점을 들면 다음과 같다.

1) 제품의 정밀도를 숫자상으로 한정할 수 있다.
2) 끼워맞춤 부에 있어서의 틈새 또는 죈 새를 숫자상으로 한정할 수 있다.
3) 제품에 호환성을 줄 수 있다.
4) 부품 하나하나의 정밀도를 게이지에 의하여 한정하므로 분업 공작이 가능하다.
5) 생산원가의 절감 및 공작 시간의 단축이 가능하다.
6) 기술의 습득 및 향상을 꾀할 수 있다.

이상과 같은 이점이 있으나 이 방식을 더욱 효과 있게 하기 위해서는 대체로 다음과 같은 조건이 필요하다.
1) 제품의 규격을 통일한다.
2) 대량생산을 한다.
게이지는 상당히 고가이므로 다량으로 제작하지 않으면 제품 단가가 비싸진다. 따라서 제품의 모양, 치수 등을 통일하여 그 종류를 감소하고, 동일 용도의 것에는 치수 차, 틈새, 죔세, 등을 같게 함으로써 게이지의 종류를 감소하여 제품의 생산성을 높이도록 하여야 한다.

1.6 표준 수

1.6.1 표준에 대하여
설계 또는 규격에서 정해지는 수치에는 각각 기계적인 근거가 있는 것은 말할 나위도 없으나, 생산에 있어서 불필요한 것을 가급적 줄다는 의미에서, 수치의 선택은 되도록 통일하여 적은 종류로 하는 것이 바람직하다.
표준 수라는 것은 이와 같은 목적으로 정한 것으로서, 공업상으로 사용되는 제 수치에 있어 합리적이고 포괄적인 단계를 주어 예비적인 규격화를 도모한 것으로서, 여러 종의 공비를 갖는 등비수열을 실용상 편리한 수계 열로 정리한 것이다.
따라서 공업 표준화 또는 설계 등에 있어서, 단계적 수치를 정할 때는 이 표준 수에 의해, 또 여기에 근거하지 않고 단일한 수치를 정하는 경우에도 가급적 표준 수에서 선택하도록 KS에 규정되어 있다.

1.6.2 표준 수에 관한 용어와 기호
(1) 기본수열
각 수치 및 10의 양 또는 음의정수 제곱을 곱한 것이 표준 수로 기본수열이라 한다. 이들의 수열의 사용 범위를 나타내는 데는 수열 기호의 다음에 괄호를 붙여 다음의 예와 같이 기재한다.

(2) 특별수열
이것은 등비수열에서 얻어진 것으로서 이것을 특별수열이라 한다.

1.6.3 표준 수와 사용법
표준 수 중에서 수치를 취하는 경우 기본수열 중에서 가급적 증가율이 큰 수열에서 취하는 것이 좋다. 즉, 가능하면 R5의 수열에서 취하며, 이 중의 것에서는 부적당할 경우에는 R10, R20, R40의 순으로 취한다. 판형 기본수열에 의할 수 없을 경우에만 특별 수열에서 취하거나 아니면 허용치를 사용한다. 또 필요에 따라 몇 개의 수열을 병용하든가 또 유도 수열을 사용하면 된다.

2.1 나사의 원리

나사는 수나사와 암나사의 상호운동에 의한 회전운동과 직선운동과의 상호변환 요소로서 작은 회전 모멘트로 큰 축 방향의 힘을 얻는 운동용 나사와 볼트, 너트의 나사 이음으로써 물체를 체결하는 체결용 나사로 구분할 수 있으며, 이는 중요한 기계적 요소이다.

2.2 나사의 종류 및 등급

나사의 종류는 여러 가지로 대별할 수 있다. 회전 방향에 따라 오른나사, 왼나사로 분류하고, 형태에 따라 수나사와 암나사, 사용 단위에 따라 미터계 나사와 인치계 나사, 접촉에 따라 미끄럼나사와 롤링 나사, 용도에 따라 체결용과 운동용 나사, 나사산의 모양에 따라 삼각 나사, 사각나사, 사다리꼴나사, 톱니 나사, 둥근 나사 등으로 나눌 수 있다.

2.2.1 삼각 나사
삼각 나사가 체결용 나사로 가장 많이 사용되며 호환성이 크게 요구되므로 표준화가 이루어져 있다.

(1) 미터나사
KS에서는 미터계 보통 나사와 미터계 가는 나사를 제정하고 있다. 보통 나사는 호칭지름에 대하여 피치를 한 종류만 정하고 있고, 가는 나사는 기준상 모양은 같으나 대한 피치와 리드각이 보통 나사에 비해 작다.
가는 나사는 같은 호칭지름에 대하여 골 지름이 크므로 강도가 보통 나사에 비하여 크고 나사에 의한 조정을 세밀하게 할 수 있는 장점이 있다.
KS B 0201에 규정된 미터 보통 나사의 호칭치수는 바깥지름의 치수로 하고, 피치는 그 값의 한 종류만 mm도 나타내고, 나사산의 각도는 60이다.

(2) 위트 워 스나 사
가장 오래된 영국의 표준형 나사이다. 나사산의 각도는 55이고
산마루가 둥근 형태로 되어 결합 시에 암나사와 수나사 사이에 조금도 틈이 없어 가공 시 높은 정밀도를 필요로 하므로 제작하기가 힘들어 최근에는 사용하지 않는다.