나사 (2)

(3) 유니파이나사

인치계 나사로는 영국의 위트워스나사, 미국의 표준나사가 있었으나 이 나사들을 통합하여 1948년 11월 미국의 워싱턴에서 영, 미 캐나다 3국 사이에 조인한 협정 나사이다. 1962년 ISO에서 유니파이나사를 ISO 인치나사로 채택하여 오늘에 이르고 있다. 유니파이나사는 나사산의 각도가 미터나사와 같이 60도이며 기준산의 모양도 같다.
다만 기준 치수의 단위가 인치로 되어있고, 또한 피치는 나사축선 1인치에 대한 나사산수로 표시되어 있다. 우리나라에서도 KX B 0203(유니파이 보통나사)과 KS B 0206(유니파이 가는나사)에 규정되어 있다.


(4) 관용나사
파이프 양단에 나사를 깎고 공통된 관이음쇠로 연결하여 사용하는 나사로 파이프 양단에 나사를 깠으면 파이프 두께가 얇아져 강도가 저하되므로 가는 나사보다 더 피치가 작은 관용나사를 제정하여 사용하고 있다.
관용나사는 평행나사와 테이퍼 나사가 있으며, 나사부의 내밀성을 주목적으로 하는 관접속에는 테이퍼나사가 사용된다. 이때 테이퍼는 1/16로 정하고 있다.



2.2.2 사각나사

사각나사는 큰 축하중을 받는 운동용 나사로서, 가장 효율성 있게 사용되는 나사이다. 이밖에 운동용 나사로 사다리꼴나사, 톱니나사 등이 있다. 사각나사는 전동효율이 높지만 공작이 어려운 결점이 있으므로 고정밀도의 나사는 가격이 비싸게 된다. 나사 프레스나 선반의 리드 나사에 이용되고 있다.


2.2.3 사다리꼴나사

사다리꼴나사는 사각나사에 비해 전동효율은 떨어지나 공작이 용이하고 나사산 모양이 균일강도보에 가까우므로 공작기계에 일반적으로 많이 사용한다. 사다리꼴나사에는 미터계와 인치계의 2가지가 있으며, 나사산의 각도가 미터계는 30도이고, 인치계는 29도이다. 미터계는 피치를 mm수치로 나타내고 인치계는 25.4mm 내의 산수로 나타내고 있다.



2.2.4 톱니나사


톱니나사는 전동용 나사로서, 사다리꼴나사와 사각나사의 장점을 이용한 것으로 나사잭에 많이 이용되며, 하중을 받는 면은 표 2-8의 기준산 모양과 같이 수직에 가까운 3도의 경사로 하여 나사의 전동효율을 좋게 하고 있고, 반대면은 30도 경사지게 함으로써 나사산의 뿌리부의 굽힘강도를 높이고 있다.



2.2.5 둥근나사

나사산의 단면이 둥근형으로서 나사산의 각도는 30도로 산마루와 골의 형상이 보통나사에 비해 크고 둥글다. 먼지 등의 이물질이 나사산 사이에 들어갈 염려가 있는 경우나 전구의 꼭지쇠와 같이 박판 원통을 전조하여 만든 것에 사용한다. 원호의 접속점인 변곡점에서의 접선이 만드는 각도는 전구의 꼭지쇠와 같이 전조로 만든 것은 크며, 피치에 따라 달라지기도 하지만, KS의 전기부품 규칙에서는 75~93도로 하고 있다. 이동나사로 사용하는 것은 원호의 접속부에 직선 부분을 넣는 것이 좋으며, DIN 규격에서는 사다리꼴나사 산봉우리와 골 밑을 같은 반지름의 원호로 이은 모양을 규정하고 있다.

2.2.6 나사의 등급

KS에서는 주로 체결용으로 사용하는 나사에 대하여 수나사의 바깥지름, 유효지름, 골지름, 암나사의 유효지름, 안지름의 치수차 및 공차에 의하여 다음과 같이 규정하고 있다.

우니파이나사의 정밀도는 숫자가 클수록 상급이며 3A가 1급에 2A가 2급에 1A가 3급에 해당한다. 각 급에 대한 허용한계치수 및 공차에 대한 상세한 값은 KS B 0211, KS B 0214에 규정되어 있다. 유니파이나사에 대해서는 KS B 0213 및 KS B 0216에 규정되어 있다.

사용하는 나사의 등급을 선택하는 방법은 사용목적에 따라 결정되는 것이나, 대체적인 표준을 표시하면 다음과 같다.

*1급 나사 : 발동기와 같이 진동을 받아 헐거워짐, 피로강도 등에 대하여 높은 성능이 요구되는 경우

*2급 나사 : 일반 중급기계의 체결용

*3급 나사 : 일반 중급기계의 체결용 및 기타 목적용 기계의 체결용

 

2.3 나사 역학

 

2.3.1 나사의 토크

(1) 사각나사
나사를 죄거나 푼다는 것은 Q의 중량물을 나사축선에 직각 방향으로 힘을 가하여 밀어올리거나 밀어내리는 것에 해당된다. Q는 나사에 작용하는 축방향의 힘으로서 사각나사에서는 근사적으로 나사면에 작용하는 수직력이 되고, 이 힘이 유효지름에서의 나선에 직중작용하는 것으로 간주하고 계산한다. 따라서 리드각은 유효지름에서의 것을 사용하게 된다. P는 유효지름에서의 접선력, 즉 나사축선에 직각으로 가해지는 외력이다.

미끄럼면에 마찰력이 없다고 생각하고 나사를 죌 때 요하는 외력을 P라 하면 나사를 회전시킬 때 외력이 하는 일과 같아야 하므로 경사면에 평행한 힘과 수직인 힘으로 나누어진다.


(1) 축방향의 힘과 비틀림 모멘트를 동시에 받는 경우
일반적으로 나사면의 마찰저항 때문에 너트를 돌릴 때 비틀림 모멘트와 축방향의 힘을 동시에 받는다. 이때 볼트에 작용하는 축방향의 힘은 일정한 경우와 너트를 돌림으로써 얼마든지 커지는 경우가 있다.

(2) 죄어진 볼트에 외력이 강해지는 경우
압력용기의 커버나 실린더 헤드의 체결 볼트에서는 죄이지는 중간에 주어진 상태에서 누설을 방지하고 있다. 여기에 내압을 작용하면 볼트는 더욱 늘어나고 중간재의 압축은 회복된다. 외력이 더욱 커져서 중간재의 수축이 더욱 회복되면 내부의 압력이 누설될 것이다.

2.5 나사의 부품

나사의 부품으로 널리 사용되는 것은 체결용으로 쓰이는 볼트, 너트 및 그 부속품으로서 KS 규격에 제정되어 있으므로 참고하여야 한다.