볼트 크기 및 개수 선정 방법 - 기구설계 이론 1

안녕하세요. 똑순이밍쓰 입니다.

 

기구적 조립을 할 때 많이 사용하는 나사의 경우

 

나사를 선정할 시 나사의 인장하중/전단하중을 고려하여

 

나사의 크기와 개수를 선정해야합니다.

 

그렇지 않을 경우 나사가 파손되거나 풀리면서 

 

조립된 기구물이 풀리면서

파손 되어 큰 사고가 발생할 수 있습니다.

 

 

볼트가 인장하중을 받는 경우

Pt : 축방향의 인장하중 (kgf)

σb : 볼트의 항복응력 (kgf/mm2)

σt : 볼트의 허용응력 (kgf/mm2)

(σt = σb / 안전률α)

As : 볼트의 유효단면적 (mm2)

d : 볼트의 유효직경 (곡경) (mm)

 

볼트가 전단력을 받는 경우

P : 전단하중 (kgf)

τt : 볼트의 허용응력 (kgf/mm2)

(τt = 0.72σb / 안전률α)

As : 볼트의 유효단면적 (mm2)

d : 볼트의 유효직경 (곡경) (mm)

 

위 식을 고려하여 인장하중 및 전단하중에 의해서 필요한 유효 단면적을 구하고 

그 유효 단면적보다 큰 나사로 선정하면된다 

나사 규격은 위 표를 참고하면됩니다.

 

일반적인 안전율은 나사의 재료와 하중의 종류에 따라서 달라집니다.

 

위 사항으로 예를 들어 설명드리면

 

1) 1개의 육각 홀 붙이 볼트로 인장하중 P=1960N (약 200kgf)가 받는 경우 나사 선정

(나사 강도는 12.9 사용, 재료는 주철을 사용)

 

P=σt x As -> As=P / σt = P / (σb/안전율)

여기서 나사강도가 12.9인 경우 σb=112kgf 이며

재료가 주철이고 가해지는 하중을 정하중이라 하였을 때 안전율은 4

As = 200kgf / (112kgf/4) = 7.14 (mm2)

 

단면적이 7.14(mm2)보다 큰 나사를 선정해야하므로 M4를 선정하면 됩니다.

 

2) 1개의 육각 홀 붙이 볼트로 전단하중 P=1960N (약 200kgf)가 받는 경우 나사 선정

(나사 강도는 12.9 사용, 재료는 주철을 사용)

 

P=τt x As -> As=P / τt = P / (0.72σb/안전율)

여기서 나사강도가 12.9인 경우 σb=112kgf 이고,

재료가 주철이고 가해지는 하중을 정하중이라 하였을 때 안전율은 4

As = 200kgf / (0.72*112kgf/4) = 9.92 (mm2)

 

단면적이 9.92(mm2)보다 큰 나사를 선정해야하므로 M5를 선정하면 됩니다.

 

나사를 여러개를 사용할 경우에는 

하중이 각 나사에 동일하게 균등 하중으로 작용 한다고하여 계산하시면 됩니다.

 

2) 8개의 육각 홀 붙이 볼트로 전단하중 10ton = 100,000N (약 10,194kgf)가 받는 경우 나사 선정

(나사 강도는 12.9 사용, 재료는 주철을 사용)

나사 1개에 작용하는 전단하중 (P)의 경우 

나사 8개에 모두 균일하게 작용한다고 가정하여

10,194kgf / 8EA = 1274.25 kgf이므로

P=τt x As -> As=P / τt = P / (0.72σb/안전율)

 

여기서 나사강도가 12.9인 경우 σb=112kgf 이고,

재료가 주철이고 가해지는 하중을 정하중이라 하였을 때 안전율은 4

As = 1274.25kgf / (0.72*112kgf/4) = 63.2 (mm2)

 

단면적이 63.2(mm2)보다 큰 나사를 선정해야 하므로 M12를 선정하면 됩니다.