나사 및 볼트 조임 토크 계산 방법과 설계 방법

 

나사와 볼트의 조임 토크는 기계 조립과 구조물의 안정성에 있어 중요한 요소입니다. 적절한 토크 값의 적용은 구조적 무결성을 보장하고, 장비의 신뢰성을 높입니다. 이 블로그 포스트에서는 나사와 볼트의 조임 토크에 대한 기본 원리, 계산 방법, 그리고 일반적인 표준에 대해 설명하고자 합니다.

 

조임 토크의 중요성 

나사 및 볼트의 조임 토크는 연결 부위의 압력을 조절하여, 부품이 적절한 힘으로 고정되도록 합니다. 너무 약하게 조여진 나사는 느슨해질 위험이 있으며, 반대로 너무 세게 조여진 나사는 손상이나 파손의 원인이 될 수 있습니다. 따라서, 정확한 토크 적용은 기계적 안전성과 성능 유지에 필수적입니다.

 

나사 및 볼트의 조임 토크의 결정 절차

 

1 단계

사용 부위에 필요한 체결력을 결정하고, 그 체결력에 만족하는 나사의 크기(호칭경), 강도 및 나사 수를 결정합니다.

 

2 단계

나사의 표면처리 사양에 따라 적절한 마찰 계수를 선정합니다. 나사의 마찰 계수는 사용되는 너트나 암나사의 가공 정밀도, 끼워맞춤 공차, 표면 처리사양, 오일 도포 유무 등에 따라 달라집니다. 따라서 정확한 값을 알고자 하는 경우에는 제조업체에 의뢰하여 시험을 통해 마찰 계수를 찾을 수 있습니다.

 

마찰계수의 선정

마찰 계수	적용 사례
0.100	오일, 구리스, 록타이트 윤활
0.125	아연 도금 볼트

 

 

 ISO 898 /1에 의한 나사 등급 선정

등급	재질	적용	비고
4.6 ~ 5.6	SS,SC,SUS	일반적 체결	일반
8.8	S45C	고장력 Bolt 이용 동하중이 걸리는 제품	차량, 엔진
10.9	SCM440/SCM435
12.9	SCM440/SCM435

 

 

3 단계

표에서(【 보통 나사의 최대 체결력 및 최대 조임 토크 표 】) 볼트의 호칭경을 찾아 적정한 마찰계수와 강도 등급란이 교차되는 지점의 값을 읽으면 이 값이 최대 조임 토크입니다.

 

【 보통나사의 최대 체결력 및 최대 조임토크표 】
호 칭 경	마찰 계수	최대 체결력(N)							최대 조임토크(N.m)
		ISO 898 /1  에 의한 나사 등급							ISO 898 /1  에 의한 나사 등급
		3.6	4.6	5.6 4.8	5.8	8.8	10.9	12.9	3.6	4.6	5.6 4.8	5.8	8.8	10.9	12.9
M1.6	0.100	185	200	250	330	575	810	970	0.045	0.05	0.065	0.085	0.15	0.21	0.25
	0.125	175	190	240	310	545	770	920	0.05	0.055	0.075	0.095	0.17	0.24	0.29
	0.140	165	180	230	300	530	745	895	0.065	0.06	0.08	0.10	0.18	0.25	0.30
M1.8	0.100	220	230	295	380	680	955	1150	0.055	0.06	0.08	0.10	0.185	0.26	0.32
	0.125	205	220	280	360	645	905	1090	0.065	0.70	0.095	0.115	0.21	0.30	0.36
	0.140	200	215	275	350	625	880	1050	0.7	0.75	0.10	0.125	0.23	0.32	0.38
M2	0.100	310	335	420	540	960	1350	1620	0.095	0.105	0.135	0.17	0.31	0.44	0.52
	0.125	295	320	400	520	910	1280	1530	0.115	0.12	0.155	0.19	0.35	0.50	0.60
	0.140	285	305	385	500	880	1240	1490	0.12	0.13	0.165	0.215	0.38	0.53	0.64
M2.5	0.100	515	560	700	910	1600	2250	2700	0.20	0.21	0.28	0.36	0.63	0.89	1.07
	0.125	490	530	665	860	1520	2140	2560	0.23	0.25	0.32	0.39	0.73	1.02	1.23
	0.140	475	510	645	830	1470	2070	2480	0.25	0.27	0.34	0.43	0.78	1.09	1.31
M3	0.100	790	855	1070	1390	2440	3430	4120	0.35	0.38	0.49	0.63	1.11	1.57	1.88
	0.125	770	815	1020	1320	2320	3270	3920	0.42	0.44	0.56	0.72	1.28	1.80	2.15
	0.140	730	785	985	1280	2250	3170	3800	0.44	0.47	0.60	0.78	1.37	1.92	2.30
M3.5	0.100	1050	1140	1430	1850	3270	4600	5520	0.54	0.59	0.75	0.96	1.71	2.40	2.90
	0.125	1000	1080	1360	1760	3120	4380	5260	0.63	0.68	0.86	1.10	1.96	2.75	3.30
	0.140	970	1050	1320	1710	3020	4250	5100	0.67	0.73	0.92	1.19	2.10	2.95	3.95
M4	0.100	1370	1480	1850	2400	4230	5950	7140	0.82	0.88	1.12	1.44	2.55	3.60	4.30
	0.125	1300	1400	1760	2280	4020	5660	6790	0.94	1.02	1.28	1.66	2.90	4.10	4.95
	0.140	1260	1360	1710	2220	3900	5480	6580	1.00	1.08	1.37	1.77	3.10	4.40	5.25
	0.140	2960	3150	3940	5120	9010	12650	15200	3.5	3.7	4.6	6	10.5	15	18
	0.125	8900	9480	11850	15400	27100	38200	45800	15.5	16.6	21	27	48	67	81
	0.140	8640	9200	11500	14900	26300	37000	44400	17	18	22	29	51	72	87
	0.140	12600	13400	16800	21800	38400	54000	64800	29	31	39	50	89	125	150

 

4 단계

토크렌치의 허용 공차에 따른 토크 보정(보정 토크 값) 보정 토크 값 = 최대 토크값 x 토크렌치의 공차 값

예) 만일 토크 렌치의 허용 공차가 ±20%라고 가정 M2 x 1.25 / 5.6, 아연 도금일 때의 사용 토크 값은.표에서 최대 조임 토크 값: 0.155 Nm 그러므로 사용 토크 = 0.155 x (1- 0.2 ) = 0.124N.m 입니다.

또는 M2싸이즈 Screw 체결 시 일반적 체결 적용표에서와 같이 Screw의 재질에 따라 0.12(N.m)~ 0.16(N.m) 범위 이하로 사용 할 수 있습니다. M3싸이즈 Screw 체결 시 일반적 체결 적용표에서와 같이 Screw의 재질에 따라 0.44(N.m)~ 0.56(N.m) 범위 이하로 사용 할 수 있다.

 

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토크 계산 방법

조임 토크의 계산은 볼트의 재질, 크기, 그리고 조립되는 부품의 특성에 따라 달라집니다. 일반적으로 토크 계산 공식은 T = K x D x P로 표현됩니다. 여기서 T는 토크(Nm), D는 볼트 직경(mm), P는 사전 결정된 조임 하중(N), K는 마찰 계수입니다. 마찰 계수는 볼트와 너트의 재질 및 표면 처리에 따라 달라집니다.

 

일반적인 조임 토크 표준

다양한 산업에서는 나사 및 볼트 조임에 대한 표준 토크 값이 설정되어 있습니다. 예를 들어, 자동차 산업에서는 엔진 부품이나 휠 볼트의 조임 토크가 매우 엄격하게 규정되어 있습니다. 이러한 표준은 장비의 안전 운용과 장기적인 내구성을 보장하기 위해 필요합니다.

 

토크 렌치의 사용 

토크 렌치는 정확한 토크 적용을 위한 필수 도구입니다. 토크 렌치를 사용하면 설정된 토크 값에 도달했을 때 렌치가 '클릭' 소리를 내거나 다른 형태의 피드백을 제공합니다. 이는 오버 토크나 언더 토크를 방지하는 데 매우 효과적입니다.

 

정기적인 토크 검사의 중요성

기계적 진동이나 온도 변화 등으로 인해 시간이 지남에 따라 나사 및 볼트의 토크가 변할 수 있습니다. 따라서, 정기적인 토크 검사와 재조정은 필수적입니다. 이는 장비의 안전성을 유지하고 예기치 않은 고장을 방지하는 데 중요합니다.

 

나사와 볼트의 조임 토크는 기계 및 구조물의 안전과 신뢰성에 중대한 영향을 미칩니다. 적절한 토크 값의 적용과 정기적인 검사는 장비의 성능과 수명을 최적화하는 데 필수적입니다. 이러한 지식은 기계 설계자, 정비사, 그리고 DIY 애호가들에게도 매우 중요합니다.

 

 

 

screw 규격 및 체결 기술에 대한 설명

 

 

나사의 조임 토크