같은 지름에 피치가 둘 이상인 이유

실제로 존재하는 선택지

M8 나사는 피치와 상관없이 호칭 지름이 8 mm입니다. 달라지는 것은 한 바퀴에 나사산이 전진하는 거리입니다. 굵은 나사산 계열은 1.25 mm, 가는 나사산 계열은 1.0 또는 0.75 mm입니다. 유효 지름, 골지름, 나사산 깊이가 모두 함께 바뀌며 — 바로 그래서 아래의 수치가 그렇게 나옵니다.

지름마다 굵은 피치는 하나, 가는 피치는 하나 이상 실려 있습니다. ISO 261은 굵은 계열을 지름별로 현재 쓰이는 가장 큰 피치로 정의할 뿐 굵은 나사산이 기본값이라고 하지 않으며, 굵은 나사산이 대개 선택되는 이유는 규격에서 읽어 내지 않고 아래에서 따져 봅니다.

수나사 쪽: 가는 나사산이 조금 더 강합니다

인장 능력은 호칭 8 mm가 아니라 유효 지름과 골지름으로 계산한 유효 단면적에서 나옵니다. 피치가 가늘수록 홈이 얕게 파이므로 두 지름이 모두 커지고 면적도 커집니다.

실재하고 알아 둘 만하지만 한 자릿수입니다. 그보다 더 필요한 체결부라면 피치를 바꿀 것이 아니라 지름을 키우거나 강도 등급을 높여야 합니다.

너트 쪽: 피치가 상쇄됩니다 — 많은 사람이 틀리는 부분입니다

직관적인 논리는 이렇습니다. 피치가 가늘면 같은 구멍 깊이에 나사산이 더 많이 들어가므로 전단될 금속이 많아지고 암나사가 더 강해진다는 것입니다. 이 논리는 틀렸으며, 틀린 방식에서 배울 점이 있습니다.

암나사의 표준 기하학적 전단 면적은 A = π·L_e·d·[0.5 + (0.57735/P)(d − d₂)]입니다. ISO 기본 형상에서는 d − d₂ = 0.649519 P이므로 괄호 안의 피치가 괄호 밖의 피치와 상쇄됩니다.

흔한 자료가 정반대로 말하는 것처럼 보이므로 한 가지를 짚어 둡니다. 그 자료들은 가는 나사산이 “인장과 전단에서” 더 강하다고 하지만, 위의 결과를 반박하는 것이 아니라 — 다른 파손을 말하고 있습니다. 그들이 말하는 전단은 볼트가 가로로 잘리는 것이며, 그래서 골지름 덕분이라고 설명합니다. 나사산 파손은 암나사가 원기둥에서 밀려 떨어져 나가는 것입니다. 어느 카탈로그는 같은 페이지에서 가는 나사산을 “인장과 전단에서 더 강하다”고 적으면서 나사산 파손 저항은 굵은 나사산의 장점으로 꼽아 그 구분을 명시합니다.

가는 나사산이 둘 중 어느 쪽에서 실제로 이기는지는 전단면이 어디를 지나는지에 달려 있으며, 설계 기준마다 면적에 대한 견해가 다릅니다. Eurocode 3은 전단면이 나사부를 지나면 유효 단면적을 써서 가는 나사산에 약 7%의 이점을 주고, 축부를 지나면 총단면적을 써서 이점이 없습니다. AISC는 나사가 없는 몸통의 호칭 면적을 기준으로 하고 나사부는 허용 응력으로 처리하므로 거기서도 피치는 아무것도 바꾸지 않습니다. VDI 2230은 전단면에 맞춰 지름을 고릅니다. 정리하면, 볼트 전단에서 가는 나사산은 어떤 경우에는 이점이 있고 어떤 경우에는 없으며, 나사산 파손에서는 기본 형상의 기하학적 면적이 모든 피치에서 같습니다.

이것은 기본 형상의 결과입니다. 완전한 계산은 기본 치수가 아니라 한계 치수를 쓰므로 공차 등급을 통해 피치에 따른 항이 다시 들어오며, 실제 나사산 파손 강도는 두 재료의 상대 강도, 너트의 벌어짐, 그리고 힘의 대부분을 첫 번째 물린 산에 싣는 불균일한 하중 분담에도 좌우됩니다. 그중 어느 것도 “가늘수록 강하다”는 단순한 법칙을 되살리지 않습니다. 길이를 정하는 방법은 나사산 물림 길이, 나머지 나사 부분의 역할은 길이와 그립, 실제로 어느 쪽이 파손되는지는 뭉개진 나사산을 참고하십시오.

그렇다면 무엇이 피치를 정하는가

강도 차이가 한쪽에서는 몇 퍼센트이고 다른 쪽에서는 없다면, 피치는 제조와 사용 조건이 정하며 그 조건은 실제로 양쪽을 다 가리킵니다.

도금에 관한 논점, 제대로 말하기

도금을 위한 공간은 모든 피치가 공유하는 고정된 틈새가 아닙니다. 공차 영역을 일부러 기준 치수보다 아래에 두는 공차 위치 — 6g의 영문자 — 와, 그 폭을 정하는 공차 등급이 결정합니다. 도금한 나사산도 최대 실체 한계 안에 머물러야 합니다.

피치는 간접적으로 작용합니다. ISO 체계의 공차는 피치에 비례해 커지므로 굵은 나사산의 공차 영역은 절대값으로 더 넓고, 쓸 수 있는 절대 여유도 더 많습니다. 이는 실제 이점이며, 흔히 말하는 것과는 다른 메커니즘입니다. 공차 등급의 의미와 여유가 바닥났을 때 생기는 일을 참고하십시오.

진동에 관한 주장, 수치와 함께

가는 나사산은 리드각이 작아 풀림에 강하다고 널리 알려져 있습니다. 그 각도는 M8×1.25가 3.17°, M8×1이 2.48°입니다. 이것이 자체 잠김에 해당하는지는 그 주장이 대개 빠뜨리는 마찰에 달려 있습니다. 60° 나사산의 등가 마찰각은 arctan(μ/cos 30°)이며 μ = 0.04에서 2.6°, μ = 0.05에서 3.3°입니다.

결정 순서에서 이것이 놓이는 자리

피치는 둘째 단계에 속합니다. 첫째 단계에서 정한 암나사 쪽에서 따라 나오기 때문입니다. 주물이나 스스로는 나사산을 유지할 수 없는 플라스틱 보스는 탭 가공과 손상을 이유로 대개 굵은 나사산 쪽입니다 — 대개이지 항상은 아닙니다. 단단한 모재나 얕은 벽은 반대쪽을 가리키며, 그런 조건이 함께 나타나기도 합니다.

하중이나 나사산 수만으로 결정해서는 안 됩니다. 가는 나사산이 주는 것은 체결부 한쪽에서 한 자릿수 퍼센트, 기본 형상에서는 다른 쪽에서 아무것도 주지 않으므로, 그것만으로 아슬아슬한 설계를 구해 내는 경우는 드뭅니다. 실제로 효과가 있는 수단은 지름, 강도 등급, 물림 길이입니다. 강도 등급 숫자의 의미와 전체 결정 순서(영어)를 참고하십시오.

한 단계 위에서는 나사산의 줄 수에도 같은 모양의 답이 적용됩니다 — 그리고 거의 언제나 한 줄인 이유.

이 글은 2단계: 나사산를 다룹니다. 전체 순서는 모재, 나사산, 머리, 구동부, 표면 처리, 문서이며, 순서를 바꾸면 재작업이 되는 이유는 영어 글 Specifying a screw에 설명되어 있습니다.

자주 묻는 질문

가는 나사산이 굵은 나사산보다 강합니까?

수나사에서는 그렇습니다. 주요 치수에서 유효 단면적으로 약 6~9퍼센트입니다. 너트 쪽에서는 기본 나사산 파손 기하에서 피치 항이 상쇄되므로 그 모델에서는 이득이 없으며, 한계 치수를 쓰면 공차에 따른 작은 차이가 다시 생기지만 어느 방향으로도 갈 수 있습니다. 강도를 위해 쓸 만한 수단이 아닙니다.

피치가 가늘면 구멍 안에 전단될 금속이 더 많아집니까?

산의 수는 늘지만 산 하나하나가 같은 비율로 얇아지고, 기본 형상에서는 두 효과가 정확히 상쇄됩니다. 기하학적 전단 면적은 피치와 관계없이 0.875 곱하기 파이 곱하기 물림 길이 곱하기 지름입니다.

굵은 나사산용 탭은 심부가 두꺼워서 덜 부러집니까?

그 이유 때문은 아닙니다. M8x1의 기본 골지름은 6.77 mm이고 M8x1.25는 6.47 mm이므로 가는 나사산 쪽이 홈을 파기 전 외곽 형상이 더 큽니다. 다만 홈을 판 뒤에는 그것이 탭의 심부 자체는 아닙니다. 심부 단면은 비틀림 강성에 영향을 주지만 칩 양, 날당 토크, 구멍 깊이, 윤활도 영향을 주며, 이를 고정한 비교는 찾지 못했습니다.

가는 나사산은 진동에 의한 풀림에 강합니까?

경계 영역에서만 그렇습니다. 리드각은 3.17도와 2.48도이고, 등가 마찰각은 마찰계수 0.04에서 약 2.6도이므로 마찰이 낮으면 굵은 나사산은 자체 잠김 여유가 거의 없습니다. 사용 중의 풀림은 가로 방향 미끄럼이 초기 체결력을 떨어뜨리면서 일어나며, 리드각을 줄여도 이는 해결되지 않습니다.

언제 가는 나사산을 지정해야 합니까?

벽이나 너트 깊이가 얕아 굵은 나사산으로는 충분한 산 수를 확보할 수 없을 때, 한 바퀴당 이동량을 조정에 쓸 때, 단단한 재료나 얇은 벽에 초세목 나사산을 권하는 NASA 지침이 해당될 때, 또는 깨끗한 기계 가공 조립품일 때입니다. 그 밖에는 굵은 나사산이 더 안전한 기본값입니다.