나사의 파괴와 강도 계산 [기구 설계 _ 나사]

안녕하세요. 인생주연입니다.

 

블로그 유입이 제일 많은게 기구 설계에 관한 내용입니다.

 

열심히 경제뉴스도 하는데... 유입되는 카테고리는 기구 설계이네요..

 

그래서 제가 알고 있는 기구설계에 관한 내용을 조금 더 많이 써보도록 하겠습니다.

 

오늘은 나사에 관해서 알아볼까합니다.

 

나사의 역사는.. 검색해보세요;; ㅎㅎ; 알짜 배기만 하겠습니다.

 

나사가 파괴되는 이유는 나사에 작용되는 힘으로써 4가지 하중으로 파괴됩니다.

 

1.  축방향의 인장하중

 

2. 나사 산의 전단 하중

 

3. 축의 전단 하중

 

4. 축의 비틀림 하중

 

 

이러한 하중을 받으면 나사가 부러집니다. 

 

그렇다면 내가 어떻게 나사를 선정해야될까요! 

아래 공식을 하나씩 따라가다보면 그 해답을 찾으실수있습니다. 

 

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인장 하중 P t ≤ σ t · A s = πd 2 σ t / 4

 

 

P t : 축 방향의 인장 하중 (kgf)
σ b : 볼트의 항복 응력 (kgf / mm 2 )
σ t : 볼트의 허용 응력 (kgf / mm 2 )
(σ t = σ b / 안전율 α)
A s : 볼트의 유효 단면적 (mm 2 )
A s = πd 2 / 4
d : 볼트의 유효 지름 (골 직경) (mm)

 

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여기에 인장 강도를 기준으로 보는 재료에 따른 안전율입니다

 

허용응력 = 기준강도 / 안전율 (기준강도 : 연성 재료인 경우는 항복 응력 취성 재료인 경우에는 파괴응력

강도 구분 표시 방법

 

강도 구분 12.9의 항복 응력은 σ b = 112 [kgf / mm 2 ]

허용 응력 σ t = σ b / 안전율 (위 표에서 안전율 5)
             = 112 / 5
             = 22.4 [kgf / mm 2 ]

 

아래 예제를 통해서 그럼 계산을 해보겠습니다!

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1 개의 육각 홀 붙이 볼트로 P t = 200kgf의 인장 하중을 반복 (편측) 해서 받는 경우에 적정한 사이즈를 구한다.
(재질 : SCM435,38 ~ 43HRC 강도 구분 12.9)

 

 

A s = P t / σ t = 200 / 22.4 = 8.9 (mm 2 )

이것보다 큰 유효 단면적의 볼트 Ｍ5를 선택하면 좋다.

 

또한 피로 강도를 고려하면 표의 강도 구분 12.9에서 허용 하중 213kgf의 M6를 선택한다.

 

 

복잡하시죠?

 

이리 저리 왔다갔다하면서 규격찾고 그에 맞는거 넣어서 계산해야되서..

 

맞아요.. 그래서 기구 설계하다보면 생각할게 무수히 많습니다.

 

그리고 생각보다 볼트 하나가 버티는 힘이 어마어마 하지않나요? ㅎㅎ

 

M4면 3.8파이에 나사산이 있는건데 허용하중이 114kgf라니.. 100kg에 연결하면 버틴다는거죠 ㅎㅎ

 

수치를 정확하게 계산해서 하면 좋지만 저희가 우주선 설계하는것도아니고.. 

 

간단한거는 대충 값에서 넘어가자고요!

 

이상! 나사에 하중에따른 파괴와 허용 하중 계산방법이였습니다.

 

다음에는 어떤 설계 내용을 알려드릴까요!? 궁금하신게 있으시면 댓글 남겨주세요.