스프링 와셔로 풀림 방지 - 효과가 있나요?

스프링 와셔의 잠금 원리

스프링 와셔의 풀림 방지 기능은 축 방향 힘과 마찰 저항을 결합하여 나사산 연결의 무결성을 유지하는 이중 작용 원리로 작동합니다.

주로 조립 중에 압축되면 스프링 와셔는 지속적인 탄성력을 생성합니다. 이 힘은 볼트-너트 어셈블리의 장력을 유지하는 축방향 축력을 생성하여 풀림을 유발할 수 있는 진동 및 동적 하중을 효과적으로 상쇄합니다. 와셔가 가하는 지속적인 탄성 압력은 체결력을 조인트 인터페이스 전체에 더 고르게 분산시키는 역할을 합니다.

둘째, 스프링 와셔의 디자인에는 분할된 입구에 날카로운 모서리가 있습니다. 조이면 이 모서리가 볼트 헤드(또는 너트)의 밑면과 클램핑된 부품의 표면 모두에 강제로 눌려집니다. 이러한 기계적 키링 효과는 회전에 대한 마찰 저항을 크게 증가시켜 패스너와 결합된 부품 사이의 상대적인 움직임을 억제하는 국소적인 간섭 맞춤을 생성합니다.

또한 스프링 와셔의 나선형 프로파일은 상단과 하단 표면 사이에 약간의 각도 어긋남을 유발합니다. 이 형상은 와셔 둘레에 가변 압력 분포를 생성하여 조인트의 사소한 변형이나 침하에도 일관된 접촉 압력을 유지하는 능력을 향상시킵니다.

스프링 와셔는 이러한 잠금 효과를 제공하지만 재료 특성, 표면 마감 및 적용 분야의 특정 하중 조건과 같은 요인에 따라 그 효과가 달라질 수 있다는 점에 유의해야 합니다. 중요한 조인트에서는 최적의 보안을 위해 다른 잠금 방법과 함께 사용하는 경우가 많습니다.

스프링 와셔의 풀림 방지 효과는 어떻습니까?

스프링 와셔는 비용 효율성과 설치 용이성으로 인해 다양한 기계 어셈블리에 일반적으로 사용됩니다. 특히 잦은 조립과 분해가 필요한 시스템에서 하중 지지 및 비하중 지지 구성 요소 모두에 적용됩니다.

그러나 스프링 와셔의 풀림 방지 효과는 제한적이며 공학계에서 논쟁의 대상이 되어 왔습니다. 최근의 연구와 산업 사례에 따르면 동적 하중과 진동에 따른 풀림 방지 성능이 생각만큼 신뢰할 수 없다는 것이 밝혀졌습니다. 실제로 고신뢰성 애플리케이션, 특히 중요한 하중을 견디는 연결부와 관련된 애플리케이션에서는 유럽과 북미와 같은 선진 제조 지역에서 스프링 와셔의 사용이 감소하고 있습니다.

스프링 와셔의 한계로 인해 보다 효과적인 체결 솔루션으로 전환하고 있습니다. 예를 들어, 항공우주 및 군사 산업에서는 기존의 스프링 와셔를 우수한 대체품으로 대체하는 추세가 증가하고 있습니다. 중국 우주 기술 아카데미는 수소 취성 및 주기적 하중 하에서의 피로 고장 위험 등 안전 문제로 인해 특정 애플리케이션에서 강철 스프링 와셔의 사용을 금지한 것으로 알려졌습니다.

웨지 잠금 와셔, 화학적 나사산 잠금 화합물, 특수 잠금 너트와 같은 고급 체결 기술이 중요 애플리케이션에 점점 더 많이 채택되고 있습니다. 이러한 대안은 진동으로 인한 풀림에 대한 내성이 향상되고 특히 스트레스가 많은 환경에서 장기적인 신뢰성이 향상됩니다.

스프링 와셔가 덜 중요한 애플리케이션에서는 여전히 그 자리를 지킬 수 있지만, 엔지니어는 패스너 잠금 방법을 선택할 때 하중 조건, 진동 노출, 안전 영향 등 각 조립품의 특정 요구 사항을 신중하게 고려해야 한다는 점에 유의해야 합니다. 높은 신뢰성과 안전성이 요구되는 애플리케이션의 경우, 보다 진보된 풀림 방지 솔루션을 평가하고 구현해야 합니다.

스프링 와셔 잠금 케이스

액슬 최종 드라이브와 액슬 하우징 사이의 연결은 고정밀 전기 조임기를 사용하여 조임 토크가 (280+20) N-m인 10.9 등급 M16 x 100 볼트를 사용합니다. 볼트를 조이는 과정에서 회전 각도에 따른 토크의 변화는 스프링 와셔를 사용했을 때와 사용하지 않았을 때 측정했습니다.

토크 각도 곡선을 비교한 결과 스프링 와셔를 사용하면 항상 약 10N-m의 사전 조임 토크가 있는 반면, 스프링 와셔를 사용하지 않으면 볼트 토크가 0N-m에 머물다가 크게 증가했습니다. 이는 스프링 와셔가 약 10N-m의 볼트 사전 조임 토크로 완전히 평탄화될 수 있음을 시사합니다. 디지털 토크 렌치로 검사한 결과 볼트 토크가 20N-m에 도달하지 않았고 스프링 와셔가 완전히 평평해졌음을 확인했습니다.

이러한 결과는 스프링 와셔가 10N-m의 탄성력만 제공한다는 것을 나타내며, 이는 280N-m의 볼트 사전 조임 토크에 비해 무시할 수 있는 수준입니다. 또한 이러한 작은 힘으로는 스프링 와셔의 노치 부분의 날카로운 모서리를 볼트의 표면과 연결된 부품에 매립하기에 충분하지 않습니다. 분해 시 볼트와 연결 부품의 표면에는 뚜렷한 매몰 자국이 관찰되지 않았습니다.

결과적으로 볼트에 대한 스프링 와셔의 풀림 방지 효과를 무시할 수 있습니다.

와셔의 품질에 문제가 있는 경우 볼트와 연결된 부품 사이에 와셔를 추가하면 또 다른 잠재적 안전 위험이 발생할 수 있습니다. 볼트 토크가 높은 경우(200N-m 이상) 스프링 와셔를 잠금 장치로 사용하는 것은 효과적이지 않으며 심지어 해로울 수도 있습니다. 충격, 진동 및 가변 하중의 영향으로 예압이 갑자기 사라져 연결이 느슨해질 수 있습니다.

NASA도 오픈 스프링 와셔의 한계를 인정했습니다. NASA 표준의 잠금 너트 장에는 "일반적인 헬리컬 스프링 와셔는... 볼트를 조이는 동안 스프링 역할을 한다"고 명시되어 있습니다. 그러나 와셔는 일반적으로 볼트에 완전히 토크를 가할 때까지 평평하며, 이 시점에서는 단단한 평 와셔와 동일하며 잠금 기능이 존재하지 않습니다. 요약하면, 이러한 유형의 잠금 와셔는 잠금에 쓸모가 없습니다."

원문에서 발췌한 내용은 다음 그림을 참조하세요. 그러나 일부 전문가들은 다른 의견을 가지고 있습니다. 이에 대해 어떻게 생각하시나요?