볼트 및 너트 설계시 풀림방지를 위한 방법

 

볼트 너트 풀림방지

 

 

볼트 및 너트 풀림방지 방법

설계단계에서 볼트와 너트의 풀림을 방지할 수 있는 방법을 적용하여 적절한 체결요소를 적용해야 합니다. 볼트와 너트의 풀림을 방지할 수 있는 체결요소와 방법에 대해 정리했습니다.

볼트나 너트가 운전 중에 풀린다는 것은 설비의 성능저하나 또는 고속회전체에서 부품이 튀어 나와 안전사고가 발생하거나 더 큰 설비사고로 연결될 소지가 다분합니다. 때문에 해당 체결요소들의 정기적인 점검을 통하여 볼트, 너트의 적정함 체결이나 풀림의 발견을 사전에 인지하여 안전을 확보해야 합니다.

 

 

목차

 

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1. 풀림 방지를 위한 체결 요소

(1) 스프링 와셔(KS B 1324)

 스프링 와셔는 흔히 사용하는 기계요소로 반복적으로 사용함으로써 조임 자리면을 손상시키거나 와셔의 절단 부분이 
마모되거나 또는 탄력성이 저하되거나 하면 풀림방지 효과가 감소하게 되므로 고속회전나 고진동체의 기계류에는 
적당하지 못하다.

 

스프링 와셔(KS B 1324)

 

 

(2) 이붙이 와셔

 이붙이와셔도 반복 사용에 의한 조임자리면이나 절단부에 손상이 심해서 풀림방지효과가 감소되므로 잘 점검해서 사용해야 한다.

 분해 빈도가 비교적 적은 소형기기류나 가정용 전기제품 등에 많이 사용한다.

이붙이 와셔

 

 

(3) 베어링 로크 너트 및 와셔

 주로 베어링의 이탈방지용으로 사용한다. 보트 너트와 와셔가 세트로 사용되며 축에 키홈과 나사를 가공하여 체결한다.

 

베어링 로크 너트 및 와셔

 

 

 

(4) 혀붙이와셔

 혀의 부분을 굽히고 다른 쪽을 볼트나 너트를 따라 굽혀주는 와셔로 체결한 후 구부려두면 확실하게 풀림이 방지가 되며 만약 풀린 경우에도 쉽게 발견 가능하다.

혀붙이와셔

 

 

(5) 로크너트

 로크너트는 더블너트라고도 하며 일반 산업기계에서 많이 사용한다.

로크너트

 

(5) 하드록 너트

 하드록 너트의 큰 특징은 아래 그림과 같이 편심형태로 이루어져서, 한쪽은 얇고 반대쪽은 더 두껍게 이루어져 있 다는 것이다.

 앞너트에 위치한 편심 때문에 앞너트의 두꺼운 쪽 부분이 동심을 가진 뒤너트와 결합할 때 앞너트를 오른쪽으로 밀어내는 쐐기효과를 이용한 것이다.

 아래 그림은 하드록너트의 풀림방지 원리인 쐐기 효과를 원리적으로 보여준다. 쐐기효과란 한쪽 구석에 쐐기를 박아 넣어서 다른 쪽의 틈새를 없애서 물건을 바짝 조여주는 효과를 말한다.

하드록 너트

 

(6) 세이퍼락 너트 

 하나의 너트로 이루어진 싱글너트이고, 너트 내부에 스프링이 위치한다는 공통점이 있다. 이때 스프링의 지름은 볼트의 나사산의 지름보다 약간 작게 만들어서, 스프링 부분에 볼트의 나사산이 나사결합할 때 스프링의 지름이 늘어나게 된다.  

 이때 볼트와 스프링 사이의 마찰력이 증가에 의해서 풀림방지 효과를 얻을 수 있다.

세이퍼락 너트

 

(7) 나일론 너트

 진동이 심하지 않은 곳에는 일반적으로 너트 안에 나일론을 삽입한 나일론 너트가 많이 사용된다.
하지만 나일론 너트는 진동이 심한 곳에는 사용할 수 없고, 또한 재사용이 불가능한 단점을 가진다.

나일론 너트

 

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2. 볼트너트의 풀림방지에 관한 기술지침  (출처 : 안전보건공단)

가. 목  적

  이 지침은 산업안전보건기준에 관한 규칙(이하 “안전보건규칙”이라 한다) 제97조 (볼트너트의 풀림방지)의 규정에 의하여 기계의 설치, 점검 또는 보수 시 볼트·너트의 풀림방지에 관한 기술적 사항을 정함을 목적으로 한다.

나. 적용범위

  이 지침은 체결된 볼트·너트의 풀림방지에 대하여 적용한다.

다. 용어의 정의

  (1) 이 지침에서 사용하는 용어의 정의는 다음과 같다. 

   (가) “볼트(Bolt)”라 함은 원통 표면의 바깥쪽에 형성된 나사산을 말한다.
   (나) “너트(Nut)”라 함은 원통 표면의 안쪽에 형성된 나사산을 말한다.
   (다) “나사(Screw)”라 함은 나사산을 가진 원통이나 원뿔 전체를 말한다.
   (라) “풀림(Unscrewing)”이라 함은 체결된 나사가 진동이나 충격, 운동, 하중의 변화 등이 반복될 때 의도하지 않는 상태에서 나사가 풀리는 것을 말한다.
   (마) “풀림방지”라 함은 체결된 나사가 의도하지 않는 풀림이 발생하지 않도록 하는 것을 말한다.
   (바) “자립조건(Self sustenance)”이라 함은 체결된 나사에 힘을 제거하더라도 풀리지 않는 조건을 말한다.

  (2) 그 밖에 이 지침에서 사용하는 용어의 정의는 이 지침에 특별한 규정이 있는 경우를 제외하고는「산업안전보건법」, 같은 법 시행령, 같은 법 시행규칙, 안전보건규칙 및 고용노동부 고시에서 정하는 바에 따른다.

 

라. 일반사항

 (1) 볼트너트의 풀림 발생원인

  (가) 너트의 길이가 짧아 접촉압력이 작을 경우
  (나) 주변의 진동, 충격을 받아 순간적으로 접촉압력이 감소되는 경우
  (다) 나사 접합부에서 미끄럼이 반복되어 미동 마멸이 생기는 경우
  (라) 주변 온도의 변화로 인해 나사가 수축, 팽창되어 나사 이음이 약해지는 경우

 (2) 규격, 성능, 구조, 재료
  볼트너트의 풀림방지 조치에 사용하는 너트, 와셔, 분할 핀, 기타 등의 규격, 성능, 구조, 재료 등은 한국산업규격에 따른다.

 (3) 나사 설계 및 제작
   볼트너트를 체결한 후에 힘을 제거해도 풀리지 않는 자립조건을 유지할 수 있도록 나사의 마찰각을 경사각(Lead angle) 보다 크게 한 자립상태를 감안하여 설계 하고 제작한다.

 (4) 풀림방지장치 적용
   볼트너트를 체결한 후 체결 위치에서 풀림이 발생되지 않아야 하는 경우에 적용한다.

 

마. 풀림방지장치의 종류

 (1) 록 너트(Lock nut)
   볼트와 너트에 일정한 하중을 주어서 자립조건을 주도록 한 것으로서, 2개의 너트를 사용하여 서로 졸라매어 너트 사이를 서로 미는 상태로 하면 외부 진동에도 항상 하중이 작용되고 있는 상태를 유지한다. 나사로서의 하중은 바깥쪽 너트가 받으므로 바깥쪽 너트를 더 두껍게 하고 너트 사이 상호 미는 역할을 하는 안쪽 너트를 로크너트라 한다.

 (2) 자동 죔 너트(Self locking nut)
   자동 죔 너트는 갈라진 부분이 안쪽으로 휘어져서 볼트를 압축하여 너트가 풀어지지 않게 한다.

 (3) 세트 스크류(Set screw)
   볼트와 너트를 체결한 후 작은 나사, 세트 스크류를 사용하여 너트가 풀어지지 않게 한다.

 (4) 와셔(Washer)
   볼트와 너트를 체결할 때 스프링 와셔(Spring washer), 고무 와셔, 혀붙이 와셔, 톱니붙이 와셔 등 특수 와셔를 사용하여 너트가 풀어지지 않게 한다.

  (5) 핀(Pin)
   볼트와 너트를 체결할 때 분할 핀(Split pin), 평행 핀(Parallel pin), 테이퍼 핀(Taper pin) 등을 사용하여 너트가 풀어지지 않게 한다.

 (6) 나일론너트
   나일론너트는 너트내부에 나일론(Nylon)을 넣어 수나사가 나일론을 파고들어 변형시킴으로서 풀림을 방지한다. 

 (7) 기  타
   (1) 너트에 풀림방지를 위한 수지, 본드 등의 도포
   (2) 너트에 용접
   (3) 너트에 코킹
   (4) 강선으로 주위 너트를 서로 연결하여 고정
   (5) 플라스틱 소재의 볼트 끝부분을 벌어지게 한 것
   (6) 풀릴 가능성이 있는 방향과 반대방향의 너트를 사용(자동차 바퀴, 선풍기 날개 체결용 나사)

 

바. 풀림방지조치 및 장치관리

 (1) 풀림방지 조치
   (가) 볼트너트를 체결할 때에는 토크렌치 등을 사용하여 규정된 힘을 가하여 풀림을 방지한다.
   (나) 기계설비에 볼트너트를 체결할 때는 적합한 풀림방지장치를 선택하여 풀림을 방지한다.
   (다) 나사 주변에서 발생하는 진동, 충격 등을 감소시켜 나사의 체결력을 유지시킨다.
   (라) 체결된 나사부위의 온도변화를 감소시켜 수축, 팽창을 작게하여 체결력을 강화한다.

 (2) 풀림방지 장치 관리
   (가)  기계설비에 체결한 볼트너트의 유지관리와 별도 보관하는 볼트너트, 와셔, 분할 핀 등에 대한 사전관리를 한다.
   (나) 정기 또는 수시점검을 통하여 기계설비에 체결된 볼트너트의 풀림상태를 확인하고 재체결하는 등 원 상태 유지를 위해 사후관리를 한다.
   (다) 나사에 체결된 풀림방지장치의 부식, 파손, 망실 등을 확인한다.
   (라) 볼트너트를 체결할 때에는 가능한 볼트머리를 아래쪽으로 위치하도록 하여 풀림을 육안으로 확인할 수 있도록 한다.

 

 

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