스프링 와셔의 모든 것: 유형, 디자인 및 용도

스프링 와셔 소개

패스너 산업에서 스프링 와셔는 "탄성 와셔" 또는 "스프링 잠금 와셔"로도 알려져 있으며, 조인트 무결성을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 이러한 부품은 주로 오스테나이트 스테인리스강(예: 304 또는 316 등급) 또는 중간 탄소강(일반적으로 SAE 1060~1075)으로 제작되며, 후자는 내식성을 높이기 위해 아연 도금과 같은 보호 마감 처리가 되어 있는 경우가 많습니다.

스프링 와셔에 가장 일반적으로 사용되는 미터법 사이즈는 M3, M4, M5, M6, M8, M10, M12, M14, M16입니다. 이러한 치수는 표준 볼트 및 나사 크기와의 호환성으로 인해 다양한 산업 분야에서 널리 채택되고 있습니다. 중국 국가 표준 GB/T 94.1-87은 스프링 와셔의 사양을 관리하며, 내경 2mm에서 48mm까지 포괄적인 크기를 포함합니다.

스프링 와셔는 볼트 헤드 또는 너트에 하중을 견디는 표면을 제공하는 동시에 추가적인 기능을 제공하도록 설계되었습니다. 분할 링 디자인으로 압축 시 장력을 생성하여 도움이 됩니다:

1. 동적 하중 조건에서 클램핑력 유지
2. 사소한 열 팽창 또는 수축 보정
3. 진동 또는 주기적인 하중으로 인한 풀림 방지

스프링 와셔가 널리 사용되고 있지만, 최근 엔지니어링 연구에서 자가 풀림 방지에 대한 효과에 대한 논쟁이 벌어지고 있다는 점에 유의해야 합니다. 중요한 애플리케이션의 경우 엔지니어는 종종 Nord-Lock 와셔 또는 나사산 잠금 접착제와 같은 대체 잠금 방법을 고려합니다.

스프링 와셔의 주요 소재

스프링 와셔는 주로 최적의 탄성과 내구성을 제공하도록 설계된 고성능 합금을 사용하여 제조됩니다. 가장 일반적인 재료는 다음과 같습니다:

1. 스프링 스틸: 65Mn(AISI 1566)은 강도, 유연성, 내피로성의 균형이 뛰어나 널리 사용됩니다. 이 망간-실리콘 합금은 우수한 탄성 특성을 제공하며 주기적인 하중 조건에서도 성능을 유지합니다.
2. 탄소강: 70#(AISI 1070) 고탄소강은 높은 인장 강도와 우수한 내마모성으로 선호되는 소재입니다. 적당한 내식성이 허용되는 다양한 산업 분야에서 신뢰할 수 있는 성능을 제공합니다.
3. 스테인리스 스틸: AISI 304(18Cr-8Ni) 및 AISI 316(16Cr-10Ni-2Mo)과 같은 등급은 부식성 환경이나 위생이 중요한 곳에서 사용됩니다. 이러한 오스테나이트 스테인리스강은 우수한 내식성, 비자성 및 우수한 기계적 특성을 제공합니다.
4. 마르텐사이트계 스테인리스강: 3Cr13(AISI 420)은 적당한 내식성과 높은 강도 및 경도를 결합하여 내구성과 어느 정도의 부식 방지가 모두 필요한 분야에 적합합니다.
5. 인청동: 인이 소량 첨가된 구리-주석 합금으로, 해양 또는 전기 환경과 같이 전기 전도성, 낮은 자기 투과성 및 내식성이 요구되는 특수 용도에 사용됩니다.

소재 선택은 작동 온도, 부하 조건, 내식성 요구 사항, 비용 고려 사항 등 특정 애플리케이션 요구 사항에 따라 달라집니다. 각 소재는 다양한 산업 환경에서 스프링 와셔의 성능을 최적화하는 데 활용할 수 있는 고유한 특성을 제공합니다.

스프링 와셔의 주요 응용 분야

스프링 와셔는 주로 국가 표준에 명시된 대로 너트가 느슨해지는 것을 방지하는 데 사용됩니다. 스프링 와셔는 다양한 기계 어셈블리, 특히 동적 하중을 받는 어셈블리에서 매우 중요한 역할을 합니다.

육각 슬롯 너트는 끝 구멍이 있는 볼트와 함께 사용하도록 특별히 설계되었습니다. 이 디자인은 너트의 슬롯을 통해 코터 핀을 볼트의 구멍에 삽입할 수 있어 자동 풀림을 효과적으로 방지합니다. 이러한 너트는 진동 또는 교대 하중이 발생하는 환경에서 주로 사용되며, 까다로운 조건에서도 안전하게 체결할 수 있습니다.

기계 설계 및 제조에서는 너트나 볼트의 자동 풀림을 방지하기 위해 여러 가지 방법을 사용합니다:

1. 스프링 와셔 통합(간단하고 비용 효율적)
2. 코터 핀이 있는 육각 슬롯 너트 활용(추가 가공 필요)
3. 풀림 방지 와셔 구현(추가 제조 단계 포함)
4. 볼트의 육각 헤드에 강철 와이어 삽입(추가 가공 필요)

스프링 와셔는 그 효과와 설치 용이성 때문에 널리 채택되고 있습니다. 예를 들어, 모터를 기계 베이스에 연결하는 볼트는 일반적으로 모터 진동으로 인한 풀림에 대응하기 위해 스프링 와셔가 필요합니다. 이 애플리케이션은 진동이 심한 환경에서 패스너 무결성을 유지하는 와셔의 기능을 강조합니다.

일반적으로 진동에 노출되는 장비의 패스너에는 스프링 와셔가 장착되어 있습니다. 그러나 플랜지에 스프링 와셔를 사용하는 것은 보다 선택적입니다. 플랜지에 스프링 와셔를 사용할지 여부는 특정 유체 매체와 작동 조건에 따라 결정됩니다. 스프링 와셔는 다음과 같은 경우에 플랜지 연결에 사용하는 것이 좋습니다:

• 시스템에 맥동이 발생할 위험이 있습니다.
• 유체는 빠른 속도로 흐릅니다.
• 파이프 직경의 잦은 변화 발생

이 가이드라인이 모든 부품에 적용되지 않을 수 있다는 점에 유의하세요. 특정 밸브 및 필러 박스 압력 커버 플랜지와 같은 일부 특수 구성품에는 일반적인 권장 사항과 관계없이 스프링 와셔가 필요할 수 있습니다.

엔지니어와 기술자는 적절한 스프링 와셔를 효율적으로 선택하기 위해 Fastener Expert 자동화 시스템을 활용할 수 있습니다. 이 도구는 특정 애플리케이션 요구 사항에 따라 올바른 와셔를 선택하는 프로세스를 간소화하여 기계 어셈블리에서 최적의 성능과 신뢰성을 보장합니다.

주요 차이점

스프링 와셔와 평 와셔는 각각 고유한 장점과 한계가 있는 체결 용도에 따라 다른 용도로 사용됩니다. 분할 링 또는 물결 모양의 구조로 설계된 스프링 와셔는 주로 동적 환경에서 풀림을 방지하고 예압력을 유지하는 기능을 합니다. 이는 압축 시 에너지를 저장하고 방출하여 진동으로 인한 풀림에 효과적으로 대응하는 기능을 통해 달성됩니다. 반면 플랫 와셔는 이러한 풀림 방지 기능이 없습니다.

단순한 디스크 모양이 특징인 플랫 와셔는 여러 가지 필수 기능을 수행합니다:

1. 더 넓은 표면적에 하중을 분산시켜 고정된 구성 요소에 대한 응력 집중을 줄입니다.
2. 볼트 헤드 또는 너트에 매끄러운 베어링 표면을 제공하여 조일 때 보다 일관된 토크를 적용할 수 있습니다.
3. 설치 중 패스너의 회전으로 인한 손상으로부터 결합된 재료의 표면을 보호합니다.
4. 약간 크거나 불규칙한 구멍을 연결하여 관절의 전체적인 무결성을 개선하는 데 도움이 됩니다.

구조용 강철 프레임워크나 고성능 엔진과 같이 조인트 강성이 가장 중요한 중요한 하중지지 연결부에서는 스프링 와셔를 사용하지 않는 경우가 많습니다. 압축 가능한 특성으로 인해 조인트에 탄성이 생겨 전체적인 강성과 하중 전달 능력이 저하될 수 있기 때문입니다. 이러한 시나리오에서는 접촉 면적을 최대화하고 조인트 강성을 유지하기 위해 평 와셔 또는 플랜지형 패스너가 선호됩니다.

그러나 진동, 주기적 하중 또는 열팽창 및 수축이 심한 응용 분야에서는 스프링 와셔가 필수적입니다. 동적 조건에서 패스너의 장력을 유지하는 기능은 피로 고장을 방지하고 연결의 수명을 보장하는 데 도움이 됩니다. 일반적인 예로는 자동차 서스펜션, 철도 선로 고정 장치, 산업 기계 등이 있습니다.

스프링 와셔와 플랫 와셔를 선택할 때는 하중 특성, 환경 요인, 안전 고려 사항 등 적용 요건을 철저히 분석하여 선택해야 한다는 점에 유의해야 합니다. 경우에 따라서는 체결 조인트에서 최적의 성능과 안정성을 달성하기 위해 두 가지 와셔 유형을 조합하여 사용할 수도 있습니다.

스프링 와셔 파손의 원인

스프링 와셔 '부풀어 오름'은 일반적으로 와셔 자체의 고유한 결함이 아니라 외부 힘과 조립 조건의 결과입니다.

스프링 와셔 팽창 현상은 와셔에 과도한 반경 방향 외력이 가해질 때 발생합니다. 이러한 힘은 주로 조립 중에 적용된 조임 토크에 의해 생성된 축 방향 클램핑력에서 비롯됩니다. 이 힘의 크기는 팽창의 가능성과 정도를 결정하는 데 매우 중요합니다.

스프링 와셔 팽창의 주요 원인은 결합 부품의 기하학적 구조, 특히 너트의 지지면입니다. 너트의 베어링 표면의 외부 모따기는 방사형 분할력을 생성하여 스프링 와셔의 개구부가 커질 수 있습니다. 모따기 직경과 팽창 성향의 관계는 반비례하며, 모따기 직경이 작을수록 더 작은 면적에 힘이 집중되어 팽창의 가능성과 심각성이 증가합니다.

팽창을 완화하기 위해 엔지니어는 너트와 스프링 와셔 사이에 평 와셔를 사용하는 경우가 많습니다. 이 추가 구성 요소는 하중을 보다 고르게 분산시켜 집중된 반경 방향 힘을 줄이는 데 도움이 됩니다. 그러나 이 솔루션의 효과는 플랫 와셔의 특성에 따라 달라집니다. 플랫 와셔가 너무 얇거나 경도가 충분하지 않은 재질로 만들어진 경우 하중을 받으면 변형되어 스프링 와셔가 부풀어 오르는 것을 효과적으로 방지하지 못할 수 있습니다.

스프링 와셔에 영향을 미치는 또 다른 중요한 문제는 수소 취성 파손입니다. 이러한 유형의 고장은 일반적으로 제조 공정에서 두 가지 주요 요인에 기인합니다:

1. 부적절한 열처리: 부적절하게 설계되거나 실행된 열처리 공정은 소재를 수소 취성에 취약하게 만들 수 있습니다.
2. 도금 후 수소 제거가 불충분합니다: 스프링 와셔에 아연 도금을 적용하면 소재에 수소가 유입될 수 있습니다. 도금 후 철저한 수소 제거 처리를 수행하지 않으면 금속에 잔류 수소가 남아 시간이 지남에 따라 취성을 유발할 수 있습니다.

이러한 결론은 단순한 이론이 아니라 광범위한 실험실 테스트를 통해 입증되었으며 다양한 산업 응용 분야에서 장기간의 실제 경험을 통해 확증되었습니다. 재료 특성, 제조 공정 및 조립 조건 간의 상호 작용은 중요한 체결 애플리케이션에서 신뢰할 수 있는 스프링 와셔 성능을 보장하는 것이 얼마나 복잡한지를 잘 보여줍니다.

스프링 와셔의 분류

내부 톱니 탄성 와셔, 외부 톱니 탄성 와셔

둘레에 날카로운 탄성 톱니가 많이 있어 지지면을 뚫고 패스너가 느슨해지는 것을 방지합니다. 내부 톱니 탄성 와셔는 볼트 헤드 크기가 작은 볼트 아래에 사용되며, 외부 톱니 탄성 와셔는 주로 볼트 헤드와 너트 아래에 사용됩니다.

톱니 탄성 와셔는 일반 스프링 와셔보다 부피가 작고 패스너에 균일 한 힘이 가해져 안정적으로 풀리는 것을 방지 할 수 있지만 잦은 분해에는 적합하지 않습니다.

웨이브 스프링 와셔

국가 표준: GB/T 7246-1987

웨이브 스프링 와셔는 WG, WL, WN 유형으로 나뉩니다.

WG 타입 웨이브 스프링 와셔

WG형 웨이브 스프링 와셔는 개방형 탄성 와셔로 베어링에 예압을 가하고 베어링 작동 소음을 줄이며 베어링의 주행 정확도와 안정성을 향상시키는 등 일반적으로 좁은 공간에 설치할 수 있습니다. 또한 탄소강, 스테인리스강, 구리 합금 등의 재질로 전자제품 및 전기제품에 널리 사용됩니다.

WL 타입 웨이브 스프링 와셔

WL형 웨이브 스프링 와셔는 일반적으로 베어링에 예압을 가하고 베어링 작동 소음을 줄이며 베어링의 주행 정확도와 안정성을 향상시키는 등 좁은 공간에 설치할 수있는 랩 조인트 탄성 와셔입니다. 또한 탄소강, 스테인리스강 및 구리 합금과 같은 재질로 전자 및 전기 제품에 널리 사용됩니다.

WN 타입 웨이브 스프링 와셔

WN형 웨이브 스프링 와셔는 다층 웨이브 피크 중첩 탄성 와셔입니다. 이 시리즈는 WL 타입에 비해 여러 층의 재질로 구성되어 있어 동일한 압축 스트로크에서 K 값 곡선이 WL 타입보다 평평하여 탄성이 더 크고 전체 작업 스트로크에서 균일 한 탄성 방출이 필요한 상황에 적합합니다. 사용되는 재료로는 탄소강, 스테인리스강, 구리 합금 등이 있습니다.

디스크 스프링 와셔

벨빌 스프링 와셔라고도 알려진 디스크 스프링 와셔는 프랑스인 벨빌이 발명했습니다. DIN6796 디스크 스프링 와셔(HDS 시리즈)는 볼트 및 나사 연결용 풀림 방지 와셔용으로 설계되었습니다.

DIN 6796에 따라 설계 및 제조되었으며 중간 또는 고강도 볼트와 나사를 연결하는 데 사용됩니다. 큰 지지 하중과 탄성 회복력으로 HDS 시리즈는 매우 효과적입니다. 볼트 장력은 취약한 부품의 마모, 크리프, 이완, 열팽창, 수축 또는 씰링 부품의 조임으로 인한 이완을 견딜 수 있습니다.

HDS 시리즈는 볼트의 탄성 효과를 여러 번 증가시켜 일반 스프링 와셔를 효과적으로 대체할 수 있지만 잠금 와셔 또는 플랫 와셔 조합으로 사용하기에는 적합하지 않습니다.

HDS 시리즈는 매칭 또는 겹쳐서 사용할 수 있는 디스크 스프링으로, 매칭하면 디스크 스프링 그룹의 변형이 증가하고 겹치면 디스크 스프링 그룹의 스프링 힘이 증가할 수 있습니다.

이상적인 설치 방법은 가능한 한 평평하게 누르는 것입니다. 평평한 상태에 가까울수록 조임 토크가 더 빨리 증가합니다. 토크 렌치 없이도 적절한 볼트 장력을 얻을 수 있습니다.