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나사의 파괴와 강도 계산 / 특수 나사의 사용 방법 (나사의 기초)
나사의 파괴와 강도 계산
나사를 사용할 때는 허용 응력을 초과하지 않도록 주의해야 하며, 안전율을 반드시 고려해야 합니다.
① 축 방향의 인장 하중
- 인장 하중 계산식: \( P_t \leq \sigma_t \cdot A_s = \frac{\pi d^2 \sigma_t}{4} \) 여기서,
- \( P_{t} \): 축 방향의 인장 하중 (kgf)
- \( \sigma_{b} \) : 볼트의 항복 응력 (kgf/mm²)
- \( \sigma_{t} \) : 볼트의 허용 응력 (kgf/mm²), \( \sigma_{t} = \sigma_{b} / 안전율 \alpha \)
- \( A_{s} \): 볼트의 유효 단면적 (mm²), \( A_{s} = \pi d^{2} / 4 \)
- \( d \): 볼트의 유효 지름 (골 직경) (mm)
- 인장 강도를 기준으로 언윈의 안전율 α
| 재료 | 정하중 | 반복하중 | 충격하중 | |
| 편진동 | 양진동 | |||
| 강 | 3 | 5 | 8 | 12 |
| 주철 | 4 | 6 | 10 | 15 |
| 동, 부드러운 금속 | 5 | 5 | 9 | 15 |
계산 예
육각 홀이 있는 볼트 M6(강도 구분 12.9)로 200kgf의 인장 하중을 반복해서 받는 경우에 적정한 볼트 사이즈 구하기
\( A_s = \frac{P_t}{\sigma_t} = \frac{200}{22.4} = 8.9 \, [mm^2] \)
- 볼트의 피로 강도(나사의 경우: 피로 강도는 200만 회)
| 나사의 호칭 | 유효 단면적 As mm2 | 강도구분 | |||
| 12.9 | 10.9 | ||||
| 피로강도* | 허용 하중 | 피로강도* | 허용 하중 | ||
| kgf/mm2 | kgf | kgf/mm2 | kgf | ||
| M4 | 8.78 | 13.1 | 114 | 9.1 | 79 |
| M5 | 14.2 | 11.3 | 160 | 7.8 | 111 |
| M6 | 20.1 | 10.6 | 213 | 7.4 | 149 |
| M8 | 36.6 | 8.9 | 326 | 8.7 | 318 |
| M10 | 58 | 7.4 | 429 | 7.3 | 423 |
| M12 | 84.3 | 6.7 | 565 | 6.5 | 548 |
| M14 | 115 | 6.1 | 702 | 6 | 690 |
| M16 | 157 | 5.8 | 911 | 5.7 | 895 |
| M20 | 245 | 5.2 | 1274 | 5.1 | 1250 |
| M24 | 353 | 4.7 | 1659 | 4.7 | 1659 |
② 나사 산의 전단 하중
③ 축의 전단 하중
④ 축의 비틀림 하중
주의 사항
- 강도 계산 시 다양한 조건을 고려해야 합니다. 예: 홀 간 피치 정밀도, 홀의 직각도, 면 조도 등.
- 제공된 강도 계산 값은 참고용으로만 사용해야 하며, 보증치는 아닙니다.
출처: 한국미스미
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