볼트 너트 풀림 방지

진동에 의한 풀림 방지

개요

진동에 의한 볼트의 풀림 방지는 다양한 방식으로 구현 될 수 있다. 너트를 이용하는 방식, 와셔를 이용하는 방식, 락와이어, 접착제 등이 있다.

http://www.roymech.co.uk/Useful_Tables/Screws/Locking.html

http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19900009424.pdf

http://www.designnotes.com/companion/barrett.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Positive_locking_device

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너트 방식 - 잼 너트

대상물 위에 하나의 너트를 조이고 다른 너트를 다시 한번 조여 너트간에 서로 조여져서 풀림을 방지한다.

이러한 방식의 풀림 방지는 다른 구조물에 의존하지 않는 경우에 사용되며 잼너트가 다른 구조물의 역활을 한다.

(예로 락와이어를 이용한 풀림 방지의 경우는 락와이어를 다른 구조물에 연결하여 고정시켜야 한다.)

풀림 방지이외에도 대상 구조물에 하중을 가하지 않고 볼트 너트를 풀리지 않게할 수도 있다. 또한 로드가 회전해야 하는 경우에도 사용된다. 

잼 너트는 하중이 클 경우에 신뢰성이 떨어질 수 있는 것으로 알려져 있다.

그리고 안쪽 너트가 바깥쪽 너트보다 더 큰 토크로 조여질 경우에 바깥쪽 너트에서 항복이 발생할 수 있다.

또한 반대로 바깥쪽 너트가 더 큰 토크로 조여지면 안쪽 너트가 풀릴 수 있다.

http://en.wikipedia.org/wiki/Lock_nut

http://en.wikipedia.org/wiki/Jam_nut

http://www.boltscience.com/pages/twonuts.htm

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너트 방식 - 캐슬 너트/분할 핀

아래 그림은 분할핀과 캐슬너트로 불림방지된 볼트-너트 이다.

 

분할핀 (split pin)

코터 핀(cotter pin), cotter key 라고도 한다. 

아래 그림과 같이 부품들을 조립하고 끝단을 구부려서 부품이 빠지지 않게 하는 금속 패스너의 일종이다.

보통 반원의 단면적을 가진 두꺼운 와이어로 제작되며 아래와 같이 다양한 사이즈와 형태가 있다. 

인치 단위계로 (미국) 직경이 1/32 인치부터 3/4 인치까지 있으며 미리 규격으로 1.5부터 8 미리 까지 있다. 각 직경에 맞는 홀 크기와 볼트 사이즈가 있다.

 

http://en.wikipedia.org/wiki/Split_pin

캐슬너트 

슬롯이 있는 중세시대의 성 모양의 너트로 조립 후에 분할 핀이나 안전선 (safety wire)로 풀림 방지를 할 수 있다.

http://en.wikipedia.org/wiki/Castellated_nut

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너트 방식 - 이중 조임 너트 (상용품 하드락)

두 개의 너트를 사용하는 것은 잼너트 방식과 같지만 너트들을 조이면서 너트에 변형이 가게 되고 잠금이 되는 방식이다.

http://www.hardlock.co.jp/en/hl/11.php

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와셔 방식 - 스프링 와셔

와셔에 축방향 스프링 기능이 있다고 주장하는 사람들이 있어서 풀림 방지에 사용된다고 하는 사람들이 있다.

 *와셔의 주목적중의 하나는 볼트-너트를 조립한 후에, 볼트 머리가 대상물을 눌러서 자국이 남아 (브리넬링) 축방향 하중의 감소를 방지하기 위해서이다.

아래와 같이 분할되거나 반경방향 경사 (conical) 가 있거나 곡면이 있는 경우에는 축방향 스프링 기능이 있어 풀림 방지 기능이 생긴다고 주장하는 사람들이 있다.

실제로는 볼트가 완전히 조립된 상태에서는 이러한 와셔들은 평와셔와 같은 형상이 되어 사실상 풀림방지 기능이 없다 (참고문헌 NASA Fastener Design Manual).

물론 볼트가 상당수 풀려서 스프링 역할을 할 수 있는 상황에서는 풀림 방지 기능을 할 수 있을 수 있으나 이미 볼트는 상당히 풀려져 있어 풀림 방지가 별 소용이 없다.

평와셔 (좌), split 와셔 (우) Belleville or conical washer curved disc spring 와셔

참고로 Conical 와셔는 풀림 방지보다는 주로 볼트에 균일한 축방향 인장력을 적용하기 위해 사용된다. 아래와 같이 직렬로 연결되어 스프링 강성이나 와셔 총 길이를 조절하기도 한다.

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와셔 방식 - 톱니 와셔 (serrated washer)

아래와 같이 한면에 톱니가 있어 풀림을 방지한다. 톱니가 있는 면에 접하는 대상물에 톱니로 인한 손상이 발생한다.

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와셔 방식 - 이중 톱니 와셔 노드락 상용품

한면에는 낮은 높이의 톱니가 있고 한면에는 높은 높이의 톱니가 있는 2 개의 와셔를 이용한 잠금 방식이다.

원리는 와셔간 경사면의 각도와 나사산의 각도 차이에 있다고 한다. 볼트 머리 및 대상물에 접하는 면에 낮은 높이의 톱니가 있어 톱니로 인한 손상이 불가피하다.

자세한 원리는 아래와 같다.

http://www.nord-lock.com/ko/nord-lock/wedge-locking/

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락와이어

풀림 방지를 위한 고전적인 방법으로 아래 그림과 같이 볼트 머리에 구멍을 내서 볼트가 풀리는 방향으로 회전하지 못하게 와이어를 감는 방식이다.

 

아래는 락와이어로 풀림방지를 할 때 필요한 도구들이다.

락와이어 와이어 플라이어 (락와이어 감는 도구)

단점

풀림 방지를 위한 다른 방법들을 구현하는 회사들이 비교적 비효율적이라고 주장한다. 

이 방식은 2개 이상의 볼트끼리 와이어로 서로 연결하거나 풀림 방지 부분이 한 곳 일 경우에는 와이어를 고정시킬 구조물이 필요하다.

또한 볼트에 사용할 경우에는 볼트 머리에 추가로 구멍을 내는 작업이 필요하다.

락와이어 감는 작업에 비교적 시간이 많이 소요되고 제대로 감을려면 사전 지식과 능숙한 기술이 필요하다.

장점

가장 큰 장점은 풀림 방지 장치가 구현되었는 것을 쉽게 확인할 수 있고 또한 풀림 여부를 쉽게 파악할 수 있다는 점이다.

또한 이 방법은 독점적이지 않고 누구나 쉽고 싸게 재료나 도구를 구할 수 있다는 점이다.

(실제 구매해보면 검증된 락와이어와 와이어플라이어는 그렇게 싸지는 않다)

http://en.wikipedia.org/wiki/Safety_wire

락와이어 감는 법 (가이드)

Chapter 07.pdf

http://www.byrongliding.com/technical/lockwiring/

http://rgl.faa.gov/Regulatory_and_Guidance_Library/rgAdvisoryCircular.nsf/0/99c827db9baac81b86256b4500596c4e/$FILE/Chapter%2007.pdf

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나이록 (Nylok)

나이록은 이 분야의 매우 독보적인 다국적 회사의 상표명이다. 한국은 일야CS 주식회사에서 담당한다.

다양한 제품이 있으며 제품에 따라 나사 풀림 방지, 윤활, 기밀, 절연 등의 기능이 있으며 자동차, 전자 및 항공우주 분야에 널리 사용된다.  

홈페이지에 자세한 내용 및 기술 자료가 있으니 참고하면 된다.

참고싸이트

http://www.nylok.co.kr/

http://nylok.com/

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Lanfranco 너트

참고싸이트

http://www.viblock.co.kr/

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기타

쉐이크 프루프 와셔

탭와셔

락 플레이트

슬롯 너트

접착제

나일론 너트

http://hanaloum.blogspot.kr/2013/10/300kmh-2000.html

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http://www.allfastener.co.kr/

http://www.stanleyengineeredfastening.com/brands/spiralock/products/fasteners

http://mysite.du.edu/~jcalvert/tech/jamnut.htm

http://www.boltscience.com/pages/vibloose.htm

http://www.me.metu.edu.tr/courses/me114/Lectures/loc_key_spr_riv.htm

http://www.the-warren.org/GCSERevision/engineering/fixings.htm