기계 요소의 기본이 되는 나사·볼트의 기능을 설명합니다

기계는 다양한 부품으로 구성되어 있습니다. 그 중에서도 나사나 스프링, 기어와 같이 공통된 이름이 붙은 것을 총칭해 「기계 요소」라 합니다. 기계 설계를 하기 위해서는 기계 요소의 기능이나 강도에 관한 지식을 빼놓을 수 없습니다. 따라서 이번에는 기계 요소 중에서「나사」와 「볼트」의 기능에 대해서 알아보겠습니다.

기계에서 가장 많이 사용되는 구성 요소, 나사

나사는 기계 요소 중에서 가장 많이 사용되는 부품입니다. 장난감 전지 덮개나 가구 조립 등 공업이나 제조업과 관련이 적은 사람들도 많이 보게 되는 부품입니다. 나사의 기능은 주로 2가지입니다. 첫 번째는 나사를 조이는 힘에 의해 부품을 고정합니다. 앞서 말한 바와 같이 마개나 가구의 부품 고정에 사용되는 나사는 고정을 위한 나사입니다. 나사의 또 다른 기능은 회전하는 힘을 직선의 힘으로 바꾸는 것입니다. 길이를 조정할 수 있는 버팀 막대나 바이스 등에 사용됩니다. 나사는「수나사」와 「암나사」로 나뉩니다. 볼트처럼 축 모양의 부품 바깥쪽에 나사 산이 나있는 것을「수나사」, 너트처럼 통 모양의 부품 안쪽에 나사 산이 나있는 것을「암나사」라 합니다. 수나사에서는 나사의 가장 높은 부분을「외경」이라 하며, 나사의 가장 낮은 부분을「골 직경」이라 합니다. 한편, 암나사에서는 나사의 가장 높은 부분을「내경」이라 하며, 나사의 가장 낮은 부분을「골 직경」이라 합니다. 수나사와 암나사를 조합하면 수나사의 외경이 암나사의 골 직경에, 수나사의 골 직경이 암나사의 내경 부분에 맞물리는 식입니다. 또한 나사의 크기를 판별하는「호칭 직경」에는 수나사의 외경이 사용됩니다. 나사의 요철 중 하나의 볼록한 부분을「나사 산」이라 합니다. 옆에 있는 나사 산과 나사 산의 거리를「피치」라 합니다.

나사의 종류

나사에는 다양한 종류가 있는데 나사부의 규격이나 나사의 형상을 기초로 분류됩니다. 나사부의 규격을 기초로 한 분류에는 크게 나누어 다음의 3가지가 있습니다.

미터 나사 가장 일반적인 나사입니다. 미터의「M」과 나사의 호칭 직경을 합하여「M10」과 같이 부릅니다. 나사 산의 각도는 60°입니다.
유니파이 나사 인치 나사라고도 합니다. 이름 그대로 인치 단위에 맞게 만들어진 나사입니다. 「UNC」또는「UNF」라고 표기됩니다. 나사 산의 각도는 29°(30°)입니다.
관용 나사 관을 체결하기 위한 특수한 나사입니다. 「G」또는「R」로 표기됩니다. 나사 산의 각도는 55°입니다.

이어서 나사의 형상에 의한 분류입니다. 나사의 형상은 매우 다양하기 때문에 모두 자세하게 소개할 순 없지만 제조업 현장에서 많이 사용되는 것을 몇 가지 소개하겠습니다.

육각 볼트 가장 일반적인 볼트입니다. 헤드가 육각으로 되어 있어 스패너나 렌치를 사용해 조입니다. 커다란 기계나 건조물 등에 폭넓게 이용되고 있습니다.
태핑 나사 나사 끝이 다소 가늘게 되어 있어 암나사가 나있지 않은 드릴홀에 나사 산을 내면서 조입니다. 가전 제품의 수지 케이스나 판금 등 광범위한 분야에서 이용되고 있습니다.
작은 나사 둥그스름한 헤드 또는 평평한 헤드를 갖고 있으며 십자 드라이버로 조이는 나사입니다. 가전 제품부터 크고 작은 기계 등 다양한 부위에 사용되고 있습니다.
고정 나사 전체 나사라고도 합니다. 헤드부가 없고 나사 안쪽에 육각 렌치를 넣어 돌립니다. 기계 내부에서 샤프트 출구를 막는 등의 목적으로 사용됩니다.

나사의 강도와 토크

나사를 사용해 2개 이상의 부품을 확실하게 고정하려면 나사의 체결력이 중요합니다. 나사는 그 구조에서 세게 돌리면 돌릴수록 부품을 누르는 힘(체결력, 축력)이 커집니다. 축력 그 자체를 측정하거나 관리하기란 매우 어렵기 때문에 나사의 체결 상태 관리에는 나사를 돌릴 때의 체결 토크(나사를 돌리는 힘)로 관리합니다. 또한 나사는 너무 세게 돌리면 축력에 의해 끌려와 급격히 체결력을 잃게 됩니다. 이렇게 되면 나사를 되돌려도 원래의 힘을 발휘할 수 없습니다. 따라서 나사 체결 토크는 나사의 강도 이하로 낮춰야 합니다. 기계를 설계할 때에는 나사의 강도에도 충분히 주의해야 합니다.