나사를 시계 방향으로 조이는 이유: 미스터리 풀기

영어 용어 '나사'는 지난 몇 세기 동안 그 의미가 크게 변화해 온 단어입니다.

시계 방향으로 조이고 반시계 방향으로 푸는 나사의 발명부터 표준화까지, 이름만 들어도 알 수 있듯이 나사의 역사는 수천 년에 걸쳐 이어져 왔습니다.

나사가 왜 특별히 시계 방향으로 조여지는지 생각해 본 적이 있나요?

나사를 발명한 사람은 플라톤의 친구였습니다.

가장 간단한 6가지 기계 도구는 나사, 경사면, 레버, 풀리, 쐐기, 바퀴, 차축입니다.

이 여섯 가지 간단한 기계 중 나사는 본질적으로 나선형 표면이 감겨 있는 축입니다. 오늘날까지 나사는 표준화된 크기로 발전해 왔습니다. 나사를 사용하는 일반적인 방법은 나사를 시계 방향으로 돌려서 조이는 것입니다(풀 때는 반대).

시계 방향으로 조이는 것이 우세한 것은 주로 오른손잡이에 의해 결정됩니다.

초기에는 나사를 수작업으로 만들었기 때문에 장인의 취향에 따라 미세한 디테일이 일정하지 않은 경우가 많았습니다.

16세기 중반 프랑스 궁정 기술자 자크 베송은 나사산을 절단할 수 있는 선반을 발명했는데, 이 기술은 100년이 지난 후에야 널리 보급되었습니다. 1797년에는 영국인 헨리 모드슬리(Henry Maudsley)가 현대식 선반을 발명하여 나사산 정밀도를 크게 향상시켰습니다.

그럼에도 불구하고 나사 크기와 미세도는 1841년까지 표준화가 이루어지지 않았습니다. 머슬리의 제자였던 조셉 휘트워스는 나사 모델의 표준화를 주장하는 논문을 시 엔지니어 협회에 제출했습니다.

그는 두 가지 사항을 제안했습니다:

1. 스레드 피치 각도는 55°로 표준화해야 합니다.
2. 나사의 직경에 관계없이 인치당 표준 나사 수를 채택해야 합니다.

초창기 나사 제조는 "세 개의 절삭 공구와 두 대의 기계가 필요한" 어려운 작업이었습니다.

영국 표준의 제조 문제를 해결하기 위해 1864년 미국인 윌리엄 셀러스는 납작한 나사산을 발명했습니다. 이 작은 혁신은 나사 제조를 간소화하여 절삭 공구와 기계 하나만 있으면 공정을 더 빠르고 간편하며 비용 효율적으로 만들 수 있게 했습니다.

판매자의 나사산은 미국에서 인기를 얻었고 미국 철도 회사의 표준으로 빠르게 자리 잡았습니다.

볼트 체결 조인트의 특성

타이트닝 프로세스의 주요 변수

1. 토크(T): 적용된 조임 토크, 뉴턴 미터(N-m) 단위로 측정됩니다;
2. 클램핑 힘(F): 결합된 바디 사이의 실제 축 방향 클램핑(압축) 힘으로, 뉴턴(N) 단위로 측정됩니다;
3. 마찰 계수(U): 볼트 헤드와 나사산 쌍이 소비하는 토크 계수입니다;
4. 회전 각도(A): 결합된 부품의 특정 축 방향 신장 또는 압축을 달성하기 위해 특정 적용 토크에 따라 볼트가 회전해야 하는 나사산 각도입니다.

볼트 조임 제어 방법

1. 토크 제어 방법

정의: 설정 토크에 도달하면 즉시 조임을 멈추는 제어 방식입니다.

장점: 제어 시스템이 간단하고 직접적이며 토크 센서 또는 고정밀 토크 렌치를 사용하여 조임 품질을 쉽게 확인할 수 있습니다.

단점: 제어 정밀도가 높지 않고(프리텐션 힘 오차 ±25% 정도), 소재의 잠재력을 충분히 활용하지 못합니다.

2. 토크 각도 제어 방법

정의: 먼저 볼트를 작은 토크로 조인 다음 이 지점부터 지정된 각도로 조이는 방식입니다.

장점: 높은 축방향 프리텐션 힘 정확도(±15%)로 평균에 가깝게 분포된 값으로 더 높은 축방향 프리텐션 힘을 달성합니다.

단점: 제어 시스템이 더 복잡하여 토크와 각도를 모두 측정해야 하며, 품질 검사 부서에서 조임 결과를 확인하기 위한 적절한 방법을 찾기가 어려울 수 있습니다.

3. 수익률 포인트 제어 방법

정의: 볼트가 항복점까지 조여지면 조임을 멈추는 방식입니다.

장점: 체결 정밀도가 매우 높아 ±8% 내에서 사전 장력 오차를 제어할 수 있지만, 정확도는 주로 볼트 자체의 항복 강도에 따라 달라집니다.

단점: 조임 프로세스에는 토크 및 회전 각도 곡선의 기울기를 동적으로 지속적으로 계산하고 판단해야 하므로 제어 시스템의 높은 실시간 성능과 계산 속도가 요구됩니다.