기계설계 현업에 쓰이는 나사 총정리

1. 나사의 개요

(1) 나사의 원리 및 구성
① 리드와 피치와의 관계
-리드(l) : 나사곡선을 따라 원통을 한 바퀴 돌 때 축방향으로 이동한 거리
-피치(p) : 나사산과 나사산 또는 골과 골 사이의 거리   
-리드각(λ) : 나사곡선의 경사각

② 수나사(볼트)와 암나사(너트)
-나사의 호칭지름 : 수나사의 바깥지름(d₂)

③ 오른나사 왼나사
-오른나사 : 시계방향으로 돌려서 앞으로 나가는 나사. 주로 사용
-왼나사 : 반시계방향으로 돌려서 앞으로 나가는 나사

④ 여러 줄나사
-보통의 나사는 한 줄 나사를 사용.
-빨리 풀거나 빨리 죌 때는 다중나사를 사용한다. 하지만 다중나사는 풀어지기 쉬운 단점이 있다.

 

(2) 나사의 종류

[결합용 나사 (체결용 나사)]
-기계에 부품을 결합시킬 때 사용하는 나사로서 주로 3각나사가 사용된다.
① 미터나사
- 호칭치수와 피치의 단위 : mm
- 나사산의 각도 α=60°
- 미터보통나사 : 일반적으로 사용하는 나사로서 M호칭지름으로 표기하고, 부품의 결합 및 위치조정에 사용
- 미터가는나사 : M호칭지름 X피치로 표기한다
: 나사의 지름에 비해 피치가 작아(유효지름이 크다) 강도를 필요로 하는 곳에 주로 사용.
: 세밀한 위치 조정, 수밀이나 기밀을 필요로 하는 곳에도 사용.

② 유니파이나사
- 영국, 미국, 캐나다의 3국 협정에 의해 정한 것을 실질적으로 세계의 표준나사라 볼 수 있으며 ABC나사라고 함.
- 호칭치수 : inch
- 나사산의 각도 α=60°
- 유니파이보통나사(UNC) : 죔용에 사용.
- 유니파이가는나사(UNF) : 정밀기계, 진동 부분에 사용

③ 관용나사
- 파이프의 얇은 살 두께에 사용 가능한 나사로 누설방지, 기밀유지에 사용.
- 호칭치수 : inch
- 나사산의 각도 α=55°
- 관용평행나사(PF) : 기계적 결합을 주목적으로 하는 나사.
- 관용테이퍼나사(PT) : 나사부의 기밀성, 수밀성을 주목적으로 하는 나사. 테이퍼는 1/16 [운동용 나사]
- 힘을 전달하거나 물체를 움직이게 할 목적으로 사용
① 사각나사
- 축방향의 하중을 받는 운동용나사.  
- 나사잭, 나사프레스, 선반의 이송나사 등에 사용
② 사다리꼴나사 (=재형나사, 애크미나사)
- 사각나사보다 각도가 높아 저항이 크고, 나사봉 우리와 골에 틈이 생기므로 물림이 좋다.
- 공작기계의 이송나사, 밸브의 개폐용, 잭, 프레스 등의 추력을 전달하는 데 사용된다.
- 미터계 (TM, α=30°) : 피치 mm로 나타냄
- 인치계 (TW, α=29°) : 피치 1inch에 대한 나사산의 수로 나타냄
③ 톱니나사
- 힘을 한쪽방향으로만 전달할 때 사용
- 나사잭, 바이스, 압착기에 사용
- α=30°인 경우 3°의 경사, α=45°일 경우 5°의 경사를 준다.

④ 너클나사 (=둥근나사)
- 나사산의 각도 α=30°
- 나사의 크기 : 1inch 내에 있는 나사산의 수
- 기밀성, 수밀성이 좋다.
⑤ 볼나사
- 공작기계의 이송나사, NC기계의 수치제어장치, 정밀기계 등에 사용
 
- 장점 : 나사의 효율이 좋다.
: 백래시를 작게 할 수 있다.
: 윤활에 주의하지 않아도 된다.
: 높은 정밀도를 오래 유지할 수 있다.
: 먼지에 의한 마모가 작다
: 시동토크, 작동 토크가 작다

 

- 단점 : 자동체결이 곤란하다.
: 피치를 작게 하는데 한계가 있다.
: 너트의 크기가 크게 된다.
: 고속회전시 소음이 발생한다.
: 가격이 비싸다.

 

나사 역학

 

(1) 볼트의 종류

① 용도에 의한 분류
- 관통볼트 : 관통된 구멍에 볼트를 넣어 반대쪽에서 너트로 죄어 2개의 부품을 죄는 볼트.
- 탭볼트 : 관통볼트를 사용하기 어려울 때 상대 쪽에 탭으로 암나사를 내고 부품 결합
- 스터드볼트 : 볼트머리가 없음. 자주 분해, 결합하는 경우에 사용.
② 특수볼트
- 아이볼트 : 볼트의 머리부분에 핀을 끼울 구멍이 있음. 무거운 물체 달 수 있다.
- 나비볼트 : 볼트의 머리부분을 나비모양으로 만들어 별도의 공구 없이 손으로 탈착가능.

- 스테이볼트 : 두 물체사이를 일정하게 유지시키면서 결합하는데 사용.
- 기초볼트 : 기계, 구조물 등을 콘크리트 지초에 고정시키기 위해 사용하는 볼트.
- T볼트 : 공작기계로 가공할 때 공작물을 테이블에 고정
- 리머볼트 : 큰 전단력이 작용할 때 사용. 볼트부분을 테이퍼지게 하여 결합하거나 링을 끼움.

(2) 여러 가지 나사
① 작은나사
- 볼트의 바깥지름 1~9mm
- 머리부분은 드라이버로 돌릴 수 있도록 홈이 파져 있다.
② 멈춤나사
- 두 물체사이에 회전이나 미끄럼이 생기지 않도록 사용하는 나사.
- 키(key)의 대용 역할을 한다.

(3) 와셔 사용하는 경우
- 볼트구멍이 볼트지름보다 현저하게 클 경우
- 내압력이 약한 목재와 고무 등에 볼트를 사용할 경우
- 볼트머리나 너트를 받치는 면이 요철이 심하거나 경사졌을 경우
- 너트의 풀림을 방지할 때

(4) 볼트와 너트의 풀림 방지
① 로크너트 사용
- 너트 두 개를 서로 다른방향으로 죔. 안쪽 너트가 로크너트
② 자동죔너트 사용
③ 분할핀 사용 : 나사의 끝부분에 구멍을 뚫어 사용
④ 와셔에 의한 방법
⑤ 멈춤나사에 의한 방법
⑥ 플라스틱 플러그에 의한 방법
⑦ 철사를 이용하는 방법