나사강도의 선택

출처 : http://www.boltmall.co.kr/

6. 나사강도의 선택

1. 특별히 강도를 요하지 않는 부품의 결합에는 4T를 사용한다. 2. 강도를 요하고 또한 진동에 의한 풀림의 염려가 있는 부위에는 7T를 사용한다. 3. 중요부분 또는 공간적으로 나사크기가 제한되는 부위에는 9T 또는 그 이상을 사용한다. 참고) 일반적으로 나사를 사용함에 있어 강도를 거의 고려하지 않고 사용하는 사람들이 많다. 하지만, 우리가 흔히 일반볼트라고 부르는 4T짜리 볼트의 경우 인장강도가 400 N/mm2 이며, 고장력 볼트인 10.9의 경우 인장강도가 1000 N/mm2 이다. 즉, 동일 호칭경의 나사에서 1개의 나사가 견딜 수 있는 힘은 약 2.5배가 된다. 이는 동일 부위에 사용되는 나사의 수를 상당히 줄일 수 있음을 의미하며, 나사의 수를 줄인 다는 것은 단순히 나사의 가격만 절감되는 것이 아니며, 나사를 조립하기 위해 나사구멍의 가공 공정인 드릴링, 탭핑 공정등이 감소되어 설비 및 공구비용 등의 절감이 가능하며, 조립시간이 단축됨에 따른 인건비도 절감 된다. 보통나사와 고장력 나사의 가격 차이가 크지 않으므로 고장력 볼트의 사용을 권장한다. 단, 조여지는 물체의 강도가 낮을 경우 산이 뭉그러지거나, 변형이 일어날 수 있으므로 조여지는 물체의 인장강도를 고려하여 적정 강도의 나사를 선택해 사용하는 것이 중요하다.

나사강도 구분 및 기계적 성질

탄소강 계열의 나사 【 KS B 0233 】 강도구분 최소인장강도( N/mm2) 경도 (HB) 4T 392 121 - 229 6T 588 174 - 255 7T 686 266 - 271 10T 981 310 - 372

【 ISO 898-1 】 강도구분 호칭인장강도 (N/mm2 ) 최소인장강도( N/mm2) 경도 (HB) 3.6 300 330 90 - 238 4.6 400 400 114 - 238 4.8 400 420 124 - 238 5.6 500 500 147 - 238 5.8 500 520 152 - 238 6.8 600 600 181 - 238 8.8 (d<16) 800 800 238 - 304 8.8 (d>16) 800 830 242 - 318 9.8 900 900 276 - 342 10.9 1000 1040 304 - 361 12.9 1200 1220 365 - 414

ISO 898-1에서의 나사강도 표시 방법 상기 그림과 같이 머리 위에 제조사명과 강도 구분 수자를 타각하거나, 머리 옆면에 타각하도록 규정 되어 있다.

스텐레스강 계열의 나사 계열 구분 강도 최소인장강도 (N/mm2) 오스테나이트계 A1 50 500 A2, A3 70 700 A4, A5 80 800 참고) 스테인레스강은 오스테나이트계, 마르텐사이트계, 페라이트계의 3가지 계열이 사용되고 있다. 국내에서는 A2가 가장 많이 사용되고 있다. ISO 3506 에서의 나사강도 표시 방법 표시 방법은 탄소강 계열과 같이 머리 위나 옆에 탁각 하도록 규정되어 있으며, 사진은 실물에 표시한 예이다.

인치계열 나사 표시방법 관련규격 재질 적용 호칭경 보증하중 (psi) 항복강도 (psi) 인장강도 (psi) SAE J429 Grade 2 저탄소강 탄소강 1/4~3/4 55,000 57,000 74,000 3/4~1-1/2 33,000 36,000 60,000 SAE J429 Grade 5 열처리된 탄소강 1/4~1 85,000 92,000 120,000 1~1-1/2 74,000 81,000 105,000 ASTM A325 열처리된 탄소강 1/2~1 85,000 92,000 120,000 1-1/8~1-1/2 74,000 81,000 105,000 SAE J429 Grade 8 열처리된 탄소강 1/4~1-1/2 120,000 130,000 150,000 인치나사의 경우 강도표시를 인장강도로 하며, 단위는 psi(Pound Per Square Inch)를 사용한다. 숫자가 크므로 표시하기 불편하여 1000을 의미하는 kilo를 적용하여 ksi로 표시하면서 0 세개를 없애고 정수만 카탈로그나 규격표에 표시하기도 한다. 머리에는 숫자를 적기 어려우므로 표의 그림과 같이 표시한다.

나사강도 등급별 하중표

본 하중표는 ISO에 규정되어 있는 것으로서, 강도 등급별로 인장시험을 하였을 경우 최소한 아래표 이상의 값이 나와야 한다고 규정하고 있다. 따라서, 나사를 사용하기 위해 나사의 하중능력을 고려할 때에 아래표를 참고하면 유용하다. 【 최소 인장하중표 ISO 898-1 】 Minimum ultimate tensile load 미터나사-보통피치 하중단위: N 호칭경 유효 단면적 mm2 나사의 강도 등급 3.6 4.6 4.8 5.6 5.8 M3 5.03 1660 2010 2110 2510 2620 M3.5 6.78 2240 2710 2850 3390 3530 M4 8.78 2900 3510 3690 4390 4570 M5 14.2 4690 5680 5960 7100 7380 M6 20.1 6630 8040 8440 10000 10400 M7 28.9 9540 11600 12100 14400 15000 M8 36.6 12100 14600 15400 18300 19000 M10 58 19100 23200 24400 29000 30200 M12 84.3 27800 33700 35400 42200 43800 M14 115 38000 46000 48300 57500 59800 M16 157 51800 62800 65900 78500 81600 M18 192 63400 76800 80600 96000 99800 M20 245 80800 98000 103000 122000 127000 M22 303 100000 121000 127000 152000 158000 M24 353 116000 141000 148000 176000 184000 M27 459 152000 184000 193000 230000 239000 M30 561 185000 224000 236000 280000 292000 M33 694 229000 278000 292000 347000 361000 M36 817 270000 327000 343000 408000 425000 M39 976 322000 390000 410000 488000 508000 【 최소 인장하중표 ISO 898-1 】 Minimum ultimate tensile load 미터나사-보통피치 하중단위: N 호칭경 유효 단면적 mm2 나사의 강도 등급 6.8 8.8 9.8 10.9 12.9 M3 5.03 3020 4020 4530 5230 6140 M3.5 6.78 4070 5420 6100 7050 8270 M4 8.78 5270 7020 7900 9130 10700 M5 14.2 8520 11350 12800 14800 17300 M6 20.1 12100 16100 18100 20900 24500 M7 28.9 17300 23100 26000 30100 35300 M8 36.6 22000 29200 32900 38100 44600 M10 58 34890 46400 52200 60300 70800 M12 84.3 50600 67400 75900 87700 103000 M14 115 69000 92000 104000 120000 140000 M16 157 94000 125000 141000 163000 192000 M18 192 115000 159000 - 200000 234000 M20 245 147000 203000 - 255000 299000 M22 303 182000 252000 - 315000 370000 M24 353 212000 293000 - 367000 431000 M27 459 275000 381000 - 477000 560000 M30 561 337000 466000 - 583000 684000 M33 694 416000 576000 - 722000 847000 M36 817 490000 678000 - 850000 997000 M39 976 586000 810000 - 1020000 1200000 아래의 보증 하중표도 ISO에 규정되어 있는 것으로서, 강도 등급별로 아래표와 같이 규정하고 있다. 따라서, 나사를 보증하중 이내에서 사용하기 위해 나사의 하중능력을 고려할 때에 아래표를 참고하면 유용하다. 【 보증 하중표 ISO 898-1 】 Proofing load 미터나사-보통피치 하중단위: N 호칭경 유효 단면적 mm2 나사의 강도 등급 3.6 4.6 4.8 5.6 5.8 M3 5.03 910 1130 1560 1410 1910 M3.5 6.78 1220 1530 2100 1900 2580 M4 8.78 1580 1980 2720 2460 3340 M5 14.2 2560 3200 4400 3980 5400 M6 20.1 3620 4522 6230 5630 7640 M7 28.9 5200 6500 8960 8090 11000 M8 36.6 6590 8240 11400 10200 13900 M10 58 10400 13000 18000 16200 22000 M12 84.3 15200 19000 26100 23600 32000 M14 115 20700 25900 35600 32200 43700 M16 157 28300 35300 48700 44000 59700 M18 192 34600 43200 59500 53800 73000 M20 245 44100 55100 76000 68600 93100 M22 303 54500 68200 93900 84800 115000 M24 353 63500 79400 109000 98800 134000 M27 459 82600 103000 142000 128000 174000 M30 561 101000 126000 174000 157000 213000 M33 694 125000 156000 215000 194000 264000 M36 817 147000 184000 253000 229000 310000 M39 976 176600 220000 303000 273000 371000 【 보증 하중표 ISO 898-1 】 Proofing load 미터나사-보통피치 하중단위: N 호칭경 유효 단면적 mm2 나사의 강도 등급 6.8 8.8 9.8 10.9 12.9 M3 5.03 2210 2920 3270 4180 4880 M3.5 6.78 2980 3940 4410 5630 6580 M4 8.78 3860 5100 5710 7290 8520 M5 14.2 6250 8230 9230 11800 13800 M6 20.1 8840 11600 13100 16700 19500 M7 28.9 12700 16800 18800 24000 28000 M8 36.6 16100 21200 23800 30400 35500 M10 58 25500 33700 37700 48100 56300 M12 84.3 37100 48900 54800 70000 81800 M14 115 50600 667000 74800 95500 112000 M16 157 69100 91000 102000 130000 152000 M18 192 84500 115000 - 159000 186000 M20 245 108000 147000 - 203000 238000 M22 303 133000 182000 - 252000 294000 M24 353 155000 212000 - 293000 342000 M27 459 202000 275000 - 381000 445000 M30 561 247000 337000 - 466000 544000 M33 694 305000 416000 - 570000 673000 M36 817 359000 490000 - 678000 792000 M39 976 429000 586000 - 810000 947000 이해가 쉽도록 적어 주신 분의 글이 있어 아래에 퍼왔다. 출처 : http://blog.naver.com/newfrontier6/21796586 힘의 단위등에서 kgf/m2에서 f의 의미는 정확한 정의, 단위 그리고 사용방법은? 거기서 f는 force(힘 또는 중력에 의해 발생한 무게)라는 뜻으로 이해하시면 됩니다. 즉 1kgf라는 것은 (표준중력 환경하에서) 1kg의 질량이 중력에 의해 받는 힘(또는 무게라는 표현도 사용합니다.)을 뜻합니다. 그래서 1kg의 질량에 중력가속도 9.8을 곱해 1kgf=9.8N 이 되는 겁니다. 버티는 힘은 1kgf =9.8N의 힘을 버티지만 1kg의 질량을 버틸 수가 있는 겁니다.(1kg의 질량이 중력에 의해 받는 힘이 9.8N이니까) 그런데 이런 경우에 꼭 kgf라는 표현을 쓰지는 않습니다. 그냥 kg라는 단위로만 쓰는 경우도 대단히 많습니다. 어쨌든 kg/cm^2라고 쓰이든 kgf/cm^2이라고 쓰였든 힘의단위로 쓰였다면 마찬가지인 뜻입니다. * 결국 실무적으로는 '힘'이라는 뜻으로 사용될 때는 kg라고 써도 속 뜻은 kgf라는 뜻이라는 겁니다.f가 들어가든 안들어가든 마찬가지라는 거지요... kgf라는 단위는 국제 표준단위가 아닙니다. 국제 표준단위는 N이지요... 그럼에도 불구하고 kgf라는 단위가 쓰이는 이유는... 님이 말씀하신 것처럼 부착강도 등을 표현할 때 kgf/면적의 단위로 나옵니다. 즉 단위면적당 얼마의 강도를 버틸 수 있느냐? 또는 단위면적당 얼마의 강도로 부착해주어야 하느냐? 하는 표현인데요... 대체로 부착강도나 압력을 표기할 때는 중력에 의한 힘을 받는 경우가 많습니다. 만일 부착강도를 국제표준단위인 N으로 표현한다면... 부착강도가 10000N/cm^2 이라면 1cm^2 당 10000/9.8kg를 버틸 수 있으니 계산을 해야하는 번거로움이 있습니다. 대신 부탁강도가 1000kgf/cm^2라면 계산할 것도 없겠죠. 아하! 1000kg를 버틸 수 있는거구나! 바로 나옵니다. 그래서 학술적으로는 N이라는 단위를 많이 쓰고 실무적으로는 kgf라는 단위를 많이 씁니다. 우리가 흔히 사용하는 SCM 렌치 볼트의 강도는 12.9이다. 볼트 머리를 자세히 보면 12.9라고 각인되어 있다. 도표를 보면 강도 12.9인 M4 볼트의 인장하중은 10700 N이다. 1kgf = 9.8N = 1kg*9.8m/s^2 f = Force (힘) N = Newton (힘) ...이므로 MISUMI(미즈미) 카탈로그에는 1Kgf = N*0.101972이라고 나오지만... 그냥 계산하기 편하게 9.8로 나눠버리자. 10700*0.101972 = 1091.1Kgf 10700/9.8 = 1091.83Kgf 1000kg=1t이잖아. 설마... ㅡㅡ; 즉, M4 SCM 렌치 볼트하나가 약 1톤을 들어 올릴 수 있다는 계산이 나온다. 물론 충격, 크랙, 비틀림 등등의 기타 변수가 없는 순수 인장하중일 때... 때문에 안전률로 약 20% 이상을 준다. 20%면 M4.2 정도의 볼트를 쓰면 이론상 가능하지만 M4와 M5 중간의 미터계 나사는 거의 사용을 안하므로(구하기 어려움)그냥 M5를 쓴다는 얘기... 안전률 61%인가? ㅋㅋ 뭐~ 자세한 건 차제에 두고 암튼 대충 그렇다. ㅎㅎ 1kgf 와 뉴턴 얘기가 나왔으니 말인데... "나는 몸무게가 50kg 이다"라고 말하는 것은 엄밀히 말하면 잘못된 표현이고 아래의 표현이 맞는 말이다. 나는 질량이 50kg이다. 나는 몸무게가 50kgf(킬로그램 포오스)이다. 나는 몸무게가 490N(뉴턴)이다.

출처: https://hongjstf.tistory.com/722?category=498562 [- 단미와 그린비 그리고... 삶의 조각들..]