유지보수를 위한 ISO 미터법 볼트 선택 및 안전한 사용 안내

작은 볼트 하나의 고장으로 인해 장비의 고가치 정밀 부품이 작동할 수 없게 되었다고 상상해 보십시오. 그 결과 손실은 치명적일 수 있습니다. 기계적인 유지 관리에 있어서 볼트와 너트는 별것 아닌 것처럼 보이지만 장비의 안전하고 안정적인 작동을 보장하는 데 매우 중요합니다. 그러나 사용 가능한 미터법 볼트와 너트가 매우 다양한데 이를 어떻게 정확하게 식별하고, 선택하고, 안전하게 고정할 수 있습니까? 이 가이드는 이러한 작업에 대한 명확하고 실용적인 지침을 제공합니다.

현대 기계의 조립 및 유지 관리에서 볼트와 너트는 중요한 역할을 합니다. 이는 다양한 부품을 연결하여 장비의 구조적 무결성을 보장하는 핵심 구성 요소입니다. 언뜻 보면 모든 미터식 볼트가 비슷해 보이지만 실제로는 나사산 유형, 강도 등급, 치수 사양이 크게 다릅니다. 잘못된 선택이나 사용은 장비 고장이나 심지어 안전 위험을 초래할 수 있습니다. 따라서 기계 유지 보수 담당자에게는 적절한 선택 및 고정 기술과 함께 미터법 볼트 및 너트의 특성에 대한 깊은 이해가 필수적입니다.

이 가이드는 공장 및 기계 유지보수 분야에서 일하는 전문가를 위해 작성되었으며 ISO 미터식 볼트 및 너트에 대한 기본 지식을 제공하여 교체 부품을 올바르게 식별하고 사용하여 안전하고 안정적인 장비 작동을 보장합니다. 우리는 산업 환경에서 가장 일반적으로 사용되는 미터법 볼트와 너트에 초점을 맞추고 식별 및 적용을 위한 실용적인 팁을 제공합니다.

ISO 표준은 다양한 특수 스레드 유형을 정의하지만 대부분의 기계 장비에서는 표준 피치와 미세 피치라는 두 가지만 일반적으로 사용됩니다. 다른 스레드 유형은 주로 정밀 기기나 광학 장비와 같은 특수 장치용으로 예약되어 있습니다.

피치는 밀리미터 단위로 측정되는 인접한 스레드 사이의 거리를 나타냅니다. 표준 피치 나사산은 대부분의 범용 연결에 적합한 반면, 미세 피치 나사산은 더 높은 잠금력이나 진동 저항이 필요한 곳에 사용됩니다.

아래 표에는 산업 기계에서 가장 일반적인 나사산 직경과 피치의 조합이 나열되어 있습니다.

가장 낮은 등급의 볼트와 너트를 제외한 모든 미터식 패스너에는 강도 식별 표시가 있습니다. 이러한 표시는 하중 지지 용량을 빠르고 정확하게 결정하는 데 도움이 됩니다.

볼트 헤드에는 일반적으로 소수점으로 구분된 두 개의 숫자가 찍혀 있습니다. 전체 범위에는 3.6에서 14.9까지의 10개 등급이 포함되지만 산업 환경에서 일반적인 등급은 8.8, 9.8, 10.9 및 12.9입니다. 볼트 머리에는 제조업체 코드(보통 2~3자)도 포함되어 있습니다.

첫 번째 숫자는 볼트 강철의 인장 강도를 나타내며 대략 단면적 제곱밀리미터당 10kg으로 측정됩니다. 예를 들어, 등급 12.9 볼트는 파손되기 전에 평방밀리미터당 최소 120kg을 견딜 수 있습니다. 마찬가지로 등급 8.8 볼트의 파단 하중은 제곱밀리미터당 80kg입니다.

볼트는 점차적으로 하중을 받으면 스프링처럼 약간 늘어납니다. 하중이 풀리면 원래 길이로 돌아갑니다. 그러나 볼트가 완전히 회복되지 않고 영구적으로 늘어나는 한계가 있습니다. 이것이 항복점입니다. 볼트 머리의 두 번째 숫자는 스트레칭이 시작되기 전에 볼트가 견딜 수 있는 인장 강도의 백분율을 나타냅니다.

예를 들어, 등급 12.9 볼트는 하중이 파단 하중의 90%에 도달하면 늘어나기 시작합니다. 마찬가지로 등급 9.8 볼트는 파단 하중의 80%에서 늘어나기 시작합니다.

너트의 강도 표시는 볼트의 강도 표시보다 식별하기가 더 어려운 경우가 많습니다. 숫자 또는 점과 선의 패턴으로 나타날 수 있으며, 선 위치는 등급을 나타내는 시계 바늘과 유사합니다.

너트 등급은 항상 볼트 등급과 한 단계 일치하거나 초과해야 합니다. 예를 들어, 8.8등급 볼트는 8등급 또는 9등급 너트와 쌍을 이루어야 합니다. 등급 12.9 볼트는 등급 12 또는 14 너트와 쌍을 이루어야 합니다.

앞에서 언급한 바와 같이 볼트가 점차적으로 하중을 받으면 항복점(영구적인 신장이 시작되는 지점)에 도달합니다. 하중이 계속 증가하면 볼트는 한계점에 도달합니다. 표준에서는 "내력"을 정의하는데, 일반적으로 볼트를 늘리는 데 필요한 하중의 90%입니다.

실제로 제조업체에서는 볼트가 내하중보다 훨씬 낮은 하중을 견디도록 기계를 설계하는 경우가 많아 견고한 안전 계수를 보장합니다.

파인 피치 볼트는 나사 가공 중에 금속이 덜 제거되기 때문에 일반적으로 표준 피치 볼트보다 10% 더 강합니다.

아래 표의 권장 최대 토크는 나사산에 윤활유를 살짝 바르는 것을 가정합니다. 지정된 토크로 볼트를 조이면 볼트의 장력은 파손 하중의 62%에 해당하는 보증 하중의 약 85%로 설정되어야 합니다.

기계 제조업체가 토크 설정을 지정하지 않은 경우에만 이러한 토크 값을 사용하십시오.

미세 피치 볼트와 너트는 일반적으로 특별한 경우에만 사용되며 제조업체의 유지 관리 문서에는 각 적용 분야에 필요한 토크가 명시되어 있어야 합니다.

미세한 피치 나사산은 볼트를 연질 금속 블록(예: 알루미늄 주물)에 나사로 고정할 때 종종 사용됩니다. 여기서 블록의 나사산은 볼트보다 훨씬 약할 수 있으며 일반적으로 벗겨짐을 방지하기 위해 더 낮은 토크가 필요합니다.

생산 방법, 표면 마감, 나사산 모양 정밀도 등 많은 요인이 나사산 부품의 강도에 영향을 미칩니다.

스레드 연결의 강도는 가장 약한 구성 요소에 따라 달라집니다. 예를 들어, 고강도 볼트를 더 부드럽고 연성이 더 높은 재료(예: 알루미늄 합금 또는 저탄소강)에 나사로 고정하는 경우 더 부드러운 부품이 최대 안전 토크를 결정합니다.

보다 일반적으로 볼트는 조임으로 인한 인장 하중뿐만 아니라 측면 또는 "전단" 하중도 견뎌야 합니다. 일반적인 예는 두 개의 플레이트가 서로 볼트로 결합되어 볼트에 전단 하중을 가하는 힘을 받는 경우입니다.

적용된 하중이 매우 작으면 볼트 조임으로 인해 플레이트 사이의 마찰로 인해 움직임이 방해될 수 있습니다. 그러나 전단 하중을 견디기 위해 맞춤 핀을 설치하지 않으면 볼트는 결국 전단 응력과 인장 응력을 모두 경험하게 됩니다. 이러한 응력을 결합하면 둘 중 하나보다 더 큰 총 응력이 생성되므로 전단으로 인한 추가 응력을 수용하려면 볼트의 사전 토크가 최대값보다 낮아야 할 수도 있습니다.

지침에 따라 조임 토크를 10% 줄이면 볼트 정격 하중의 35%가 과부하 없이 전단력을 처리할 수 있습니다.

설계 엔지니어는 이러한 모든 요소를 ​​고려해야 하며 특히 높은 안전 여유가 필요한 리프팅 장비의 경우 더 낮은 토크를 지정할 수 있습니다.

리프팅 및 하중 지지 응용 분야의 볼트 및 너트에 대한 지정된 토크 값은 항상 기계 제조업체의 유지 관리 문서를 참조하십시오.

아래 표에는 산업 기계에서 가장 일반적인 볼트 및 너트 크기에 대한 올바른 렌치 및 육각 키 크기가 나열되어 있습니다.

렌치 미끄러짐 및 패스너 가장자리 손상 위험을 최소화하려면 가능하면 박스 엔드 렌치(또는 콤비네이션 렌치의 박스 엔드)를 사용하십시오.

미터법 볼트는 공칭 크기보다 약간 작게 제조됩니다. 예를 들어 M16 볼트의 생크 직경은 일반적으로 15.97mm입니다. 즉, 16mm 볼트가 16mm 구멍을 통과할 수 있지만 부품 간 정렬 불량을 고려하여 일반적으로 여유 구멍이 약간 더 크게 뚫려 있습니다.

아래 표에는 표준 및 미세 피치 나사에 대한 일반적인 여유 구멍 크기와 올바른 탭 드릴 크기가 나와 있습니다.

미터법 나사의 경우 탭 드릴 크기는 볼트 직경에서 나사 피치를 뺀 값으로 쉽게 계산됩니다. 예를 들어, 2.0mm 피치의 표준 피치 M16 볼트에는 16 – 2 = 14mm의 탭 드릴 크기가 필요합니다.

구멍을 태핑할 때, 특히 M10 이하 크기의 경우 탭을 자주 제거하여 금속 칩을 제거하고 파손을 방지하십시오.

볼트를 나사산으로 조이거나 너트와 볼트 조립체를 조여 부품을 함께 고정할 때 적용된 토크로 인해 볼트 생크에 인장 응력이 발생합니다.

볼트의 실제 힘은 나사산 모양, 피치, 표면 마감 및 윤활유와 같은 요소에 따라 달라집니다. 가볍게 윤활된 미터법 볼트를 사용하는 대부분의 표준 사례의 경우 힘은 다음과 같이 대략적으로 계산할 수 있습니다.

힘 = 5 × 토크 / 직경

힘은 뉴턴(N), 토크는 뉴턴미터(Nm), 직경은 미터(m)로 표시됩니다. 예를 들어, 247.5Nm으로 조인 M16 볼트는 다음을 생성합니다.

힘 = 5 × 247.5Nm / 0.016m = 77,344N(77.3kN)

뉴턴을 킬로그램 힘(kgf)으로 변환하려면 9.81(또는 빠른 추정을 위해 10)로 나누어 7,884kgf의 볼트 하중을 산출합니다.

마른 실은 마찰을 증가시켜 힘을 감소시킵니다.

볼트 체결부는 일반적으로 전단 파손, 인장 파손, 나사 박리 등 세 가지 방식으로 파손됩니다.

인장 파괴(볼트 부러짐)는 관절에 과부하가 걸리거나 과도한 조임으로 인해 발생합니다. 나사산이 생크와 만나는 곳에서 볼트가 파손되는 경우가 많습니다.

전단 파손은 횡력이 볼트의 용량을 초과할 때 발생하며, 전단 하중에 대한 예비 강도가 남지 않은 과도한 조임으로 인해 악화되는 경우가 많습니다. 두 가지 오류 유형 모두 일반적으로 구성 요소 수명 주기의 초기 또는 후반에 발생합니다.

빈번한 서비스 실패에는 볼트에서 너트를 들어 올리는 측면 하중이 포함되어 계단식 오류가 발생합니다. 나사산 테이퍼로 인해 너트가 확장되어 금속이 생성되고 나사산이 벗겨질 때까지 나사산 맞물림이 줄어듭니다.