4. 결합용 기계요소  

(1) 나사의 구분 나사산이 있는 위치에 따라 수나사와 암나사로 분류한다. 원통의 외면에 나사산이 잇는 경우 수나사(볼트)라고 하며, 원통의 내면에 나사산이 잇는 경우를 암나사(너트)라고 한다. 나사가 축 방향으로 이동할 때 나사가 회전하는 방향이 오른손 법칙을 따르는 경우 오른나사라 하고, 회전하는 방향이 왼손 법칙을 따르는 경우 왼나사 라고 한다. 대부분이 오른나사이고 나사산의 모양에 따라 삼각나사, 사각나사, 사다리꼴 나사, 톱니나사, 둥근나사 등으로 분류한다. 그림 4-2 나사의 종류

1.2 나사의 종류 (1) 결합용 나사 : 물체에 부품을 결합시키거나 위치의 조정에 사용되는 나사로, 주로 삼각나사가 사용되며, 삼각나사는 나사산의 모양에 따라 미터나사, 유니파이나사, 관용나사 등으로 나누어 진다. - 미터나사(metric thread) ; 호칭치수는 수나사의 바깥지름과 피치를 mm로 표시하고, 나사산의 각이 60°이며, 나사봉우리는 평탄하게 깎고 골의 밑부분은 둥글다. 기호는 M으로 나타내며 “미터보통나사를 주로 사용하고 수밀이나 기밀을 요하는 곳(정밀기계등의 이완방지용)에는 미터가는 나사를 사용한다. - 유니파이나사(unified screw thread) ; 영국, 미국, 캐나다 3국의 협정에 의해서 정해진 나사산의 각이 60°인 인치계 나사로 암나사는 나사 봉우리와 골이 모두 평탄하고, 수나사의 골은 둥글며, 나사봉우리는 둥글거나 평탄하게 한다. - 관용나사(pipe thread) ; 파이프와 같이 두께가 얇은 곳의 결합에 이용되며, 누수를 방지하고 기밀을 유지하는데 사용된다. 나사산의 각이 55°인 인치계 나사로 관용평행 나사와 관용 테이퍼 나사가 있으며 특히, 기밀용에는 테이퍼형이 좋다.

(2)운동용 나사 : 힘을 전달하거나 물체를 움직이게 할 목적에 이용되는 나사로 사각 나사, 사다리꼴 나사, 톱니 나사, 볼 나사, 둥근 나사 등이 있다 - 사각 나사 ; 축 방향의 큰 하중을 받는 운동에 적합하도록 나사산을 사각모양으로 만든 나사이며, 하중의 방향이 일정하지 않은 교변하중을 받을 때, 그리고 추력을 전달할 때에 효과적으로 이용될 수 있으므로 이송 나사(feed screw) 등에 이용된다. - 사다리꼴 나사 ; 애크미(acme)나사 라고도 하며, 나사산 각이 미터계에서 30°, 인치계에서는 29°인 사다리꼴로 된 나사이고 추력(thrust)이 전달되는 부품의 나사로 적합하다. 나사의 효율면에서 사각나사가 이상적이나 가공의 어려움이 있어 사다리꼴 나사를 많이 사용한다. - 톱니 나사 ; 힘을 한 방향으로 만 받는 부품에 이용되는 나사로 힘을 받는 쪽에는 사각 나사, 반대쪽에는 삼각 나사로 만들어서 양 나사의 장점을 구비한 나사이다. 나사산의 각에는 30°와 45°인 두 가지 종류가 있고, 힘을 받는 면은 거의 직각으로 틈새는 0.2mm를 준다. 톱니 나사는 바이어스, 압축기 등의 이송나사로 주로 사용된다. - 볼 나사 ; 나사축과 너트 사이에 많은 강구(steel ball)를 넣어서 힘을 전달하게 하는 나사로 마찰이 매우 적고, 백래시가 적어 정밀 공작기계의 이송장치에 많이 사용된다. 너트는 볼이 너트 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 순환하여 연속적으로 회전할 수 있도록 되어있다. - 둥근 나사 ; 원형나사 라고도 하며 나사각은 30°로 나사봉우리와 골은 크고 둥글게 되어있다. 쇠붙이, 먼지, 모래 등이 많은 곳에 사용되며 큰 힘을 견딜 수 있고 진동부분에 사용해도 효과적이다.

1.3 볼트, 너트 및 와셔 (1) 볼트 : 볼트는 모양, 기능, 용도 등에 따라 여러 가지로 분류된다 그림 4-4 볼트와 너트 - 육각 볼트 ; 머리모양이 육각형인 볼트로서 주로 체결용으로 사용되며 재질로는 연강봉이 많이 사용되나 부식이 우려되는 경우에는 황동이나 청동 등의 비철금속과 스테인리스강 등이 사용된다. - 죔 볼트 ; 관통볼트, 탭 볼트, 스터드 볼트, 양 너트 볼트 등이 있다 - 특수 볼트 ; 접시머리 볼트, 아이 볼트, T 볼트, 둥근 머리 사각목 볼트, 연신 볼트, 나비 볼트, 리머 볼트, 테이퍼 볼트, 스테이 볼트, 기초 볼트 등이 있다

죔 볼트 종류 죔 볼트 종류(양 너트 볼트) 특수볼트의 종류 그림 4-5 죔 볼트와 특수볼트의 종류

- 나사 못 ; 목재에 나사를 돌려 박는데 적합한 나사산으로 되어 있으며, 나사끝이 드릴과 탭의 역할을 한다. (2) 나사 : 삼각형의 나사산을 가진 비교적 지름이 작은 볼트를 나사(screw)라 한다. 머리부에는 드라이버나 육각 렌치로 돌릴 수 있도록 홈이 파져 있다. - 작은 나사 ; 호칭 지름이 8mm 이하이고 머리가 있는 나사로 힘을 받지 않는 작은 부품이나 얇은 커버 등의 결합에 사용된다. 나사의 머리모양에 따라 둥근머리, 납작머리, 냄비머리, 둥근접시머리 등이 있으며 재질로는 탄소강, 스테인리스강, 구리 합금 등이 사용된다. - 멈춤 나사 ; 나사를 밀어박음으로써 나사 끝에 발생하는 마찰저항으로 두 물체 사이에 상대운동이 생기지 않도록 하는 나사이다. 보스와 축을 고정시키고 축에 끼워진 기어나 풀리의 설치 위치 조정 등 키의 대용으로 쓰인다. - 태핑 나사 ; 스스로 암 나사를 내면서 결합하는 나사로 침탄 담금질로 경화시킨 작은 나사의 끝 부분에 약간의 테이퍼를 붙인 것이다. - 나사 못 ; 목재에 나사를 돌려 박는데 적합한 나사산으로 되어 있으며, 나사끝이 드릴과 탭의 역할을 한다. 그림 4-6 작은나사, 멈춤나사, 태핑나사 작은나사 멈춤나사 태핑나사, 나사못

- 육각 너트 ; 육각 기둥의 모양을 가진 너트로서, 육각 볼트와 함께 가장 많이 사용된다. - 특수 너트 ; (3) 너트 : - 육각 너트 ; 육각 기둥의 모양을 가진 너트로서, 육각 볼트와 함께 가장 많이 사용된다. - 특수 너트 ; 그림 4-7 육각 너트와 특수 너트 육각너트 특수너트

(4) 와셔 : 와셔는 볼트 구멍이 볼트 지름보다 너무 클 때, 볼트와 너트의 자리면이 고르지 못할 때, 자리면의 재료가 탄성이 부족하여 볼트의 죔 압력을 오랫동안 유지하지 못할 때에 주로 사용된다. 그림 4-8 평와셔 및 특수 와셔 평와셔 특수와셔

  그림 4-10 삼각나사의 수직력

구분 사각나사 삼각나사 또는 사다리꼴 나사 1.4 나사의 설계 표 4.1 나사의 효율 나사를 조일때 자리면 마찰고려 마 표 4.1 나사의 효율 구분 사각나사 삼각나사 또는 사다리꼴 나사 나사를 조일때 자리면 마찰고려 마 마마마 마 자리면 마찰무시 나사를 풀때 마 자리면 마찰고려

2. 키 키(key)는 축에 풀리 기어, 커플링 등의 회전체를 고정시켜 원주방향의 상대적인 운동을 방지하면서 회전력을 전달시키는 결합용 기계요소로 회전축과 키를 포함하는 평면에 직각으로 힘이 작용하여 주로 전단력을 받게 된다. 키의 재료는 축 재료보다 단단한 양질의 강을 사용한다. 2.1 키의 종류 (1)섀들키 ; 섀들키(saddle key)는 안장키 라고도 한다. 축에는 홈을 파지 않고 보스에만 파서 홈 속에 키를 박는 것으로, 축의 강도를 감소시키지 않고 벨트, 풀리 및 기어 등을 축의 임의의 위치에 설치 할 수 있는 장점이 있으나, 축과 키 사이의 마찰력으로 회전력을 전달시키므로 아주 작은 동력을 전달한다. 이미 설치되어있는 축의 어느 부분에 새로운 풀리를 설치할 때 사용하면 편리하다. (2) 평키 ; 축을 키의 폭만큼 편평하게 깎아서 보스의 키 홈과의 사이에 사용하는 평키(flat key)는 새들키 보다는 약간 큰 힘을 전달할 수 있으나 평키도 작은 토크를 전달한다. (3) 둥근키 ; 단면이 원형이고 핸들과 같이 토크가 작은 것의 고정에 사용한다. (4) 원뿔키 ; 축과 보스의 양쪽에 모두 키 홈을 파지 않고 보스의 구멍을 테이퍼(1/25) 구멍으로 하여, 속이 빈 원뿔 키를 막아서 마찰력만으로 밀착시키는 키로써, 바퀴가 편심되지 않고 축의 어느 위치에나 설치할 수 있다. (5) 반달키 ; 반달 모양의 반달 키는 축에 키 홈이 깊게 파지므로 축의 강도가 약하게 되는 결점이 있으나, 키와 키 홈 등이 모두 가공하기 쉽고 키와 보스를 결합할 때 자동으로 키가 자리를 잡는 자동조심작용을 하는 장점이 있어 자동차, 공작기계 등에 널리 사용된다.

그림 4-11 키 의 종류 미끄럼키

2.2 키의 설계 그림 4-12 성크키에 작용하는 힘과 압축강도

3. 핀과 코터 3-1 핀 ; 핀(pin)은 풀리, 기어 등에 작용하는 하중이 작을때 설치방법이 간단하기 때문에 키 대용으로 사용되며, 평행 핀, 테이퍼 핀, 분할 핀, 스프링 핀 등이 있다. 그림 4-13 핀의 종류 및 용도 3-2 코터 ; 두께가 같고 폭이 구배 또는 테이퍼로 되어있는 일종의 쐐기로 주로 인장 또는 압축력이 축 방향으로 작용하는 축과 축, 피스톤과 피스톤, 로드 등을 연결하는데 사용하는 것을 코터(cotter)라 한다. 핀의 용도 핀의 종류