너트와 볼트: 단단히 유지하기

볼트와 너트가 없으면 세상이 무너질 것이라고 해도 과언이 아닙니다. DIY 3D 프린터 프레임부터 자동차 바퀴를 고정하는 러그 너트까지 볼트 연결은 어디에나 있습니다. 실패에 대한 처벌은 확실히 전자보다 후자에서 더 높지만 너트와 볼트가 스스로 풀리는 것은 좋은 일이 아닙니다. 엔지니어들은 세상이 무너지지 않도록 하기 위해 수십 가지 방법을 고안해 냈으며 일부는 다른 것보다 더 잘 작동합니다. 이러한 방법 중 몇 가지를 살펴보고 무엇이 효과가 있고 무엇이 효과가 없는지 알아보세요. 그 과정에서 우리는 이 매혹적인 패스너가 어떻게 작동하는지에 대해 조금 배우게 될 것입니다.

볼트 체결부가 파손되는 경우는 여러 가지가 있지만 진동으로 인한 자체 풀림이 아마도 가장 교활한 방법일 것입니다. 걸린 볼트를 두드리거나 임팩트 렌치를 사용하여 녹슨 너트를 제거해 본 사람이라면 진동이 정말 도움이 된다는 것을 알고 있을 것입니다. 동일한 조인트를 작동시켜 올바른 종류의 진동을 가하면 연결이 저절로 풀리고 조인트가 파손될 가능성이 높습니다.

1960년대 독일 엔지니어인 게르하르트 융커(Gerhard Junker)는 자체 풀림을 연구한 후 가로 진동이 볼트 연결 실패의 원인이라는 결론에 도달했습니다. 그는 로드 셀로 패스너 예압 장력을 모니터링하면서 빠른 횡방향 진동을 제공하는 간단한 테스트 장치를 고안했습니다. 진동 주기 수에 따른 예압 그래프를 작성하면 다양한 잠금 방법의 효율성에 대한 단서를 얻을 수 있습니다. 이 테스트는 Junker 테스트로 알려졌으며 표준 DIN 65151로 자체 풀림 테스트의 표준으로 남아 있습니다.

Junker 테스트가 실제로 실행되는 모습을 보여주는 흥미로운 비디오가 있으며 일부는 완전히 무섭습니다. 일반적으로 우리는 스터드나 볼트에 간단한 나선형 스프링 잠금 와셔를 던지고, 너트를 단단하고 꼭 맞게 토크로 조이고, 하루만 지나면 안전한 조인트를 만든 것 같은 느낌을 받을 것입니다. 그러나 진실에서 더 이상 벗어날 수 있는 것은 없습니다. 실제로 아래 비디오는 잠금 와셔가 볼트 연결에 보안을 거의 추가하지 않을 뿐만 아니라 일반 와셔, 나일론 인서트 너트 및 스택 너트와 같은 다른 일반적인 방법도 큰 도움을 주지 않는다는 것을 보여줍니다.

분명히 위의 비디오는 회사의 멋진 쐐기형 잠금 와셔를 마케팅하기 위한 것이며, 그것이 잘 작동한다는 것은 매우 분명합니다. 그런데 간단한 잠금 와셔가 고장났을 때 왜 작동합니까? 이에 대한 답을 얻으려면 비디오에서 테스트되지 않은 것, 즉 제대로 설치된 잼 너트가 작동하는지 살펴보는 것이 좋습니다.

잼 너트는 일반적으로 표준 너트 높이의 약 절반인 로우 프로파일 너트로, 큰 너트 아래에 설치됩니다. 잼 너트가 설치되면 전체 최종 토크의 약 1/4~1/2 정도만 조여집니다. 다음에는 두꺼운 너트를 설치하고 잼 너트를 렌치로 제자리에 고정하는 동안 최종 값으로 토크를 가합니다. 이렇게 하면 잼 너트를 통해 볼트가 효과적으로 위로 당겨집니다. 그런 다음 볼트의 나사산은 잼 너트 내 나사산의 상단 측면과 접촉하는 동시에 상단 너트의 상부 또는 압력 측면과 접촉합니다. 상단과 하단 너트가 볼트에 반대되는 힘을 제공하므로 너트가 저절로 풀릴 가능성이 훨씬 적습니다.

쐐기형 잠금 와셔에서도 유사한 메커니즘이 작동합니다. 와셔의 두 부분에는 맞물리는 쐐기가 있으며, 그 각도는 볼트 나사산의 피치를 초과합니다. 볼트가 조여지면 와셔의 더 높은 피치가 볼트를 다시 위쪽으로 잡아당겨 나사산을 막고 패스너가 자동으로 풀리는 것을 방지하는 반대 힘을 제공합니다.

실패한 모든 잠금 방법을 살펴보면 모두 공통점이 있습니다. 모두 마찰에 의존한다는 것입니다. 잼 너트와 웨지 잠금 와셔는 장력을 제공하여 자체 풀림을 유발하는 가로 진동에 대항하여 작동하므로 훨씬 더 효과적입니다.

물론 나사식 패스너를 잠그는 다른 방법도 있습니다. 와이어 너트 및 탭 와셔와 같은 더 복잡한 방법과 마찬가지로 접착성 스레드 고정 장치가 떠오르며 매우 효과적인 방법이 될 수 있습니다. 그러나 저렴한 비용과 설치 용이성을 고려하면 세상이 무너지는 것을 방지하는 간단한 잼 너트를 이기기가 어렵습니다.