볼트 골절의 이해: 메커니즘과 요인
볼트가 파손되어 기계 고장을 일으키는 이유가 궁금한 적이 있나요? 이 문서에서는 설계 결함부터 재료 문제까지 볼트 파손의 중요한 요인에 대해 살펴봅니다. 방법을 배웁니다...
전 세계의 기계를 하나로 묶어주는 것이 무엇인지 궁금한 적이 있나요? 볼트는 엔지니어링의 숨은 챔피언입니다. 이 글에서는 볼트의 종류와 사양부터 연결 원리까지 볼트의 매혹적인 세계에 대해 설명합니다. 이 작은 부품이 교량부터 자전거까지 모든 것을 온전하게 유지하는 데 어떻게 중요한 역할을 하는지 알아보세요!
볼트의 정의:
볼트는 헤드와 나사산 샤프트(외부에 나선형 융기가 있는 원통형 몸체)라는 두 가지 주요 구성 요소로 이루어진 중요한 기계식 패스너입니다. 이 다용도 패스너는 주로 너트와 함께 두 개 이상의 구성 요소를 단단히 결합하도록 설계되었습니다.
볼트의 분류:
추가 분류:
볼트 사양: (GB/T1237)
볼트의 나사산 사양에 따라 사용되는 렌치의 사양이 결정됩니다(GB/T4388).
| 나사 직경 d/mm | 반대 차원 s/mm | 렌치 크기 S/mm | 나사 직경 d/mm | 반대 차원 s/mm | 렌치 크기 S/mm |
| M5 | 8 | 8 | M18 | 27 | 27 |
| M6 | 10 | 10 | M20 | 30 | 30 |
| M8 | 13 | 13/14 | M22 | 32 | 32 |
| M10 | 17 | 16/17 | M24 | 36 | 36 |
| M12 | 19 | 18/19 | M27 | 41 | 41 |
| M14 | 22 | 22 | M30 | 46 | 46 |
| M16 | 24 | 24 | M36 | 55 | 55 |
볼트 성능 등급(GB/T3098.1-2010)
볼트의 성능 등급 지정은 일반적으로 볼트의 기계적 특성에 대한 중요한 정보를 제공하는 두 개의 숫자 X.Y로 표시된 헤드에 표시되어 있습니다.
X * 100은 볼트 재료의 공칭 인장 강도(MPa)를 나타냅니다.
X * 100 * (Y/10)은 볼트의 항복 강도(MPa)를 나타냅니다.
이 표준에는 3.6, 4.6, 4.8, 5.6, 6.8, 8.8, 9.8, 10.9, 12.9 등 10가지 이상의 성능 등급이 포함되어 있습니다. 각 등급은 특정 강도 특성 및 용도에 해당합니다.
고강도 볼트는 성능 등급이 8.8 이상인 볼트로 정의되며 저탄소 합금강 또는 중탄소강으로 제조됩니다. 이러한 볼트는 담금질 및 템퍼링 등의 열처리 공정을 거쳐 우수한 기계적 특성을 달성합니다.
일반 볼트라고도 하는 일반 볼트는 크게 두 가지 유형으로 분류됩니다:
볼트 등급 선택은 하중 요구 사항, 환경 조건 및 특정 용도의 안전 요소와 같은 요인에 따라 달라집니다.
볼트 연결은 기계 공학 및 제조 분야에서 부품을 결합하는 기본적인 방법입니다. 이 유형의 체결은 볼트와 너트를 사용하여 관통 구멍을 통해 정렬된 두 개 이상의 부품을 단단히 연결합니다. 볼트 연결의 주요 장점 중 하나는 분해가 가능하기 때문에 주기적인 유지보수나 부품 교체가 필요한 애플리케이션에 이상적입니다.
볼트 연결의 분류는 주로 볼트와 관통 구멍 사이의 적합성을 기준으로 합니다:
일반적인 볼트 연결: 이 유형은 조립 후 볼트 샤프트와 구멍 사이에 여유 공간이 있는 것이 특징입니다. 다음과 같은 장점이 있습니다:
간섭 맞춤(엄격한 허용 오차) 볼트 연결: 힌지 홀 볼트 연결이라고도 하는 이 유형은 조립 후 볼트와 홀 사이의 간격이 0 또는 마이너스인 것이 특징입니다. 주요 기능은 다음과 같습니다:
이 두 가지 유형 중 선택은 하중 조건, 필요한 정밀도, 조립/분해 빈도, 비용 고려 사항 등의 요인에 따라 달라집니다. 엔지니어는 이러한 요소를 신중하게 평가하여 특정 애플리케이션에 가장 적합한 볼트 연결 유형을 선택해야 합니다.
볼트 연결의 작동 원리
볼트 연결은 역학의 기본 원리, 특히 후크의 법칙과 마찰에 의존합니다. 이러한 연결의 효과는 볼트, 너트, 결합 재료 간의 정확한 상호 작용에서 비롯됩니다.
후크의 법칙: 이 원리는 하중을 받는 볼트 거동의 기초를 형성합니다. 이 법칙은 재료의 탄성 한계 내에서 응력은 변형률에 정비례한다는 것을 말합니다. 볼트 연결에서 이는 다음과 같이 해석됩니다:
σ = E * ε
Where:
σ = 스트레스
E = 영의 계수(재료별 상수)
ε = 변형률(단위 길이당 변형)
볼트의 경우 이 관계는 인장 하중 하에서 탄성 변형을 제어하여 연결에서 스프링 요소로 작용할 수 있도록 합니다. 볼트를 조이면 볼트가 약간 늘어나면서 결합된 부품을 서로 고정하는 클램핑력을 생성합니다.
예압 및 체결력: 볼트를 조이면 축 내에 예압(초기 인장력)이 발생합니다. 이 예압은 결합된 부품 사이에 동일하고 반대되는 클램핑력을 생성합니다. 이 힘의 크기는 연결의 무결성에 매우 중요하며, 영구적인 변형 없이 최적의 성능을 보장하기 위해 일반적으로 볼트의 증거 강도는 75-90%입니다.
마찰: 볼트 연결에는 두 가지 유형의 마찰이 중요한 역할을 합니다:
이러한 마찰력은 예압을 유지하고 동적 하중 하에서 자체 풀림을 방지하는 데 도움이 됩니다.
하중 분산: 적절하게 설계된 볼트 연결에서 외부 하중은 주로 볼트 샤프트의 전단이 아닌 체결된 부품 간의 마찰에 의해 전달됩니다. 이 하중 분배 원리는 연결의 강도와 피로 저항을 향상시킵니다.
탄성 상호 작용: 볼트와 클램핑된 부품은 탄성 시스템을 형성합니다. 외부 인장 하중이 가해지면 볼트는 더 길어지고 클램핑된 부품은 약간 압축이 풀립니다. 이러한 탄성 상호 작용은 다양한 하중 조건에서 연결의 무결성을 유지하는 데 도움이 됩니다.
볼트 연결부의 전단 및 인장 분석 (I)
전단 볼트 연결: 볼트 로드와 구멍 벽의 상호 압축을 통해 동력을 전달합니다.
인장 볼트 연결: 주로 조인 후 볼트의 사전 장력에 의존합니다.
연결된 구성 요소의 강성이 크고 볼트가 대칭으로 배열되어 있는 경우 각 볼트는 연결 시 평균 장력을 견뎌냅니다.
연결된 구성 요소의 강성이 작으면 연결 플랜지가 구부러지고 변형되어 레버 힘이 발생합니다.
볼트 연결부의 전단 및 인장 분석 (II)
볼트 연결부에는 전단 및 장력 외에도 진동, 온도, 횡방향 응력(바람, 흐름, 압력 등), 하중 변화 및 기타 힘이 가해질 수 있습니다.
세 가지 방법이 있습니다. 볼트 조임:
토크 조임 방법: 토크 크기와 축방향 사전 조임력 사이에는 일정한 관계가 있다는 것이 원칙입니다. 이 조임 방법은 조작이 간단하고 직관적이며 현재 널리 사용되고 있습니다.
각도 조임 방법: 회전 각도는 볼트 연장 길이와 조여진 부품의 느슨함의 합에 비례합니다. 따라서 원하는 조임력을 얻기 위해 볼트를 지정된 각도로 회전하는 방법을 채택할 수 있습니다.
항복점 조임 방법: 이론적 목표는 항복 한계점 바로 지나서 볼트를 조이는 것입니다.
토크 조임 방법
패스너의 너트 부분을 회전시켜 패스너에 사전 조임력을 가합니다.
적용된 토크는 5-4-1 규칙을 준수합니다.
나사/볼트를 조이는 부분의 끝 부분만 윤활합니다.
| 볼트 헤드 마찰 | 스레드 마찰 | 사전 로드 | |
| 일반적인 상황 | 50% | 40% | 10% |
| 볼트 헤드 윤활 | 45% | 40% | 15% |
| 스레드 윤활 | 50% | 30% | 20% |
| 스레드 결함 | 50% | 45% | 5% |
볼트 체결 순서 원리
가운데부터 양쪽, 대각선, 시계 방향 순으로 단계적으로 조입니다.
일반적으로 두 단계로 나누어 조이는데, 첫 번째 단계에서는 약 50%의 토크로 조이고, 두 번째 단계에서는 100%의 토크로 조입니다.
볼트 끝이 너트 너비보다 1~3피치 정도 튀어나와야 합니다.
1. 볼트 어셈블리를 준비하기 전에 다음을 수행해야 합니다:
볼트와 너트가 깨끗하고 녹이 슬지 않았는지, 돌기와 돌기가 없는지 확인합니다.
연결된 부품과 볼트 및 너트 사이의 접촉면을 확인하고 볼트 구멍과 수직이 되는지 확인합니다.
또한 볼트와 너트가 잘 맞는지 확인하세요.
2. 너트와 평 와셔를 조립할 때는 너트와 와셔의 뒷면이 연결된 부품을 향하도록 조립해야 합니다.
문자가 표시된 너트의 면이 앞면이고 와셔의 매끄러운 면이 앞면입니다.
3. 강제 운영 가이드라인(참고용):
| 볼트 사양 d/mm | 적용 토크 M/N.m | 운영 필수 요소 | 볼트 사양 d/mm | 적용 토크 M/N.m | 운영 필수 요소 | |
| M6 | 3.5 | 손목 힘만 사용 | M16 | 71 | 전반적인 체력 향상 | |
| M8 | 8.3 | 손목 힘, 팔꿈치 힘 추가 | M20 | 137 | 총 체중 | |
| M10 | 16.4 | 전반적인 체력 향상 | M24 | 235 | 전신 체중 추가 | |
| M12 | 28.4 | 반신 근력 추가 | / | / | / | |
4. 볼트 연결에서 볼트 풀림을 방지하는 핵심은 볼트 나사산의 상대적인 회전을 방지하는 것입니다. 세 가지 일반적인 방법이 있습니다. 볼트 풀기:
마찰 풀림 방지
기계적 풀림 방지
영구적인 풀림 방지
5. 볼트 제거의 일반적인 문제
파이프와 밸브의 플랜지 볼트를 풀 때:
본체에서 볼트의 절반을 먼저 풀어 남은 기름, 증기 또는 물이 분사되거나 타지 않도록 반대쪽에서 배출되도록 하세요.
풀리지 않는 접착제가 있는 볼트의 경우:
대부분의 접착제는 유기 용액으로 바나나 오일이나 알코올에 30분간 담가 두거나 알코올에 적신 솜으로 볼트를 덮을 수 있습니다. 시간이 길수록 접착제가 더 많이 녹습니다.
녹슨 볼트가 풀리지 않는 경우:
WD-40을 뿌리고 30분간 기다리세요. 스프레이가 볼트에 침투하여 녹을 녹입니다.
기타 방법: 진동, 윤활, 로스팅, 드릴링
풀리지 않는 볼트가 미끄러지는 경우:
묽은 산이나 염산과 같은 부식성 용액은 볼트를 서서히 부식시킬 수 있습니다.
금속에는 산성, 플라스틱에는 알칼리를 사용하세요.
6. 볼트 사용에 대한 일반적인 오해
미세 대신 거칠게:
드라이브 샤프트와 플라이휠과 같은 일부 중요한 조인트에는 미세 나사산 볼트를 사용합니다.
미세 나사산 볼트는 피치와 각도가 작고 강도가 높으며 자동 잠금 성능이 우수하다는 장점이 있습니다. 충격, 진동, 교환 하중을 견디는 능력이 강합니다.
나사산이 가는 볼트 대신 나사산이 굵은 볼트를 사용하면 풀리거나 분리되어 사고가 발생하기 쉽습니다.
맞춤이 잘못되었습니다:
횡방향 하중과 전단력을 견디는 볼트(예: 구동축 볼트 및 플라이휠 볼트)에는 볼트 구멍에 트랜지션 핏이 있습니다. 어셈블리는 견고하고 신뢰할 수 있어야 하며 횡력을 견딜 수 있어야 합니다.
조립 시 확인하지 않으면 볼트와 볼트 구멍 사이에 큰 간격이 설치되어 볼트가 느슨해지거나 절단 사고가 발생할 수 있습니다.
더 두꺼운 견과류:
잘못된 관점입니다: 너트가 두꺼우면 나사산의 작업 회전 수가 증가하고 조인트의 신뢰성이 향상될 수 있습니다.
실제로 너트가 두꺼울수록 나사산을 돌릴 때마다 하중이 고르지 않게 분산되어 조인트가 느슨해지기 쉽습니다.
하나의 너트에 여러 개의 와셔가 있습니다:
때로는 조립 된 볼트가 너무 길어서 어떤 사람들은 스프링 와셔 볼트 하나에
조이는 과정에서 스프링 와셔 에 고르지 않은 힘이 가해지면 일부가 부러져 볼트의 사전 조임력이 감소할 수 있습니다.
또는 편심 하중을 발생시켜 볼트 연결의 신뢰성을 떨어뜨립니다.
세탁기가 너무 큽니다: (GB/T97.1-2002 표 1, M5 ~ M36: 와셔의 내경이 나사산 직경보다 0.3mm ~ 1mm 더 큼)
잘못된 관행: 적절한 와셔가 부족하기 때문에 내경이 더 큰 와셔를 대체품으로 사용합니다.
이로 인해 볼트 헤드 밑면과 와셔 사이의 접촉이 감소하여 와셔의 압력 지지력 또는 잠금력이 감소합니다. 진동 및 충격 하중의 영향으로 볼트가 느슨해지기 쉽습니다.
토크가 맞지 않습니다:
잘못된 관점: 볼트는 "느슨하지 않게 조여야 한다"는 믿음으로 인해 의도적으로 체결 토크를 증가시키게 됩니다.
결과: 이로 인해 볼트가 미끄러지거나 파손될 수 있습니다.
잘못된 관행: 토크로 조여야 하는 중요한 볼트의 경우, 시간을 절약하기 위해 핸드 렌치를 사용하는 경향이 있습니다.
결과: 토크가 충분하지 않아 볼트가 느슨해져 고장으로 이어집니다.
부적절한 잠금: 중요한 볼트는 조립 후 풀림 방지 장치로 고정해야 합니다.
분할 핀 잠금을 사용할 때 흔히 발생하는 오류는 너무 얇은 분할 핀 또는 반분할 핀을 사용하는 것입니다.
스프링 와셔 잠금장치를 사용할 때 흔히 발생하는 오류는 와셔의 입구가 너무 작아 탄력을 잃는 것입니다.
잠금 와셔를 사용할 때 흔히 발생하는 오류는 너트 가장자리에 와셔를 잠그는 것입니다.
이중 너트를 사용할 때 흔히 발생하는 오류는 바깥쪽에 얇은 너트를 사용하고 조이지 않는 것입니다.
거짓 요새화:
볼트, 너트 또는 구멍의 나사산에 녹 얼룩, 스케일이 있습니다, 철 조각모래 입자, 부스러기 등이 있습니다.
조립하기 전에 불순물을 제거해야 합니다. 볼트를 조이는 동안 불순물의 차단 효과로 인해 표면 토크 값이 요구 사항에 도달하지만 실제로 연결 부품이 실제로 클램핑되지 않습니다.
MachineMFG의 창립자인 저는 10년 넘게 금속 가공 산업에 종사해 왔습니다. 폭넓은 경험을 통해 판금 제조, 기계 가공, 기계 공학 및 금속용 공작 기계 분야의 전문가가 될 수 있었습니다. 저는 이러한 주제에 대해 끊임없이 생각하고, 읽고, 글을 쓰면서 제 분야에서 선두를 유지하기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다. 저의 지식과 전문성을 귀사의 비즈니스에 자산으로 활용하세요.
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