[공학나라] 기계 공학 기술정보

나사산 요소와 관련된 용어

(1) 기준 산 모양(basic profile) 

암나사와 수나사에 공통으로 이론적인 치수와 각으로 축 평면 내에서 정의된 나사산의 이론적인 모양은 [그림 3-5]와 같이 ISO 미터나사의 기준산이다.

(2) 기초 3각형(fundamental triangle) 

기준 산 모양의 형상과 치수로부터 3각형이 간단히 유도된다. 이 3각형의 모서리는기준 산 모양의 연장된 플랭크들의 순차적인 세 교차점과 일치한다([그림 3-5] 참조). 

(3) 설계 산 모양(design profile) 

치수 한계의 적용과 관련한 수나사와 암나사의 산 모양, 암나사의 설계 산 모양은[그림 3-6 (a)]와 같이 기준 산 모양과 일치한다. 수나사의 설계 산 모양은 [그림3-6 (b)]와 같이 보통 골의 둥글기 때문에 기준 산 모양과 다르다. 암나사와 수나사의 설계산 모양

(4) 기초 3각형 높이(fundamental triangle height) 

H 기초 3각형의 높이는 피치 p와 나사산 각 α와의 함수이다. H에 대한 여러 일정 함수는 [그림 3-5]와 같이 완전 나사산의 개략을 기술한다.

(5) 플랭크(flank) 

[그림 3-7]과 같이 직각 원통의 생성선에 평행하지 않은 기초 3각형의 한 변에 의해 형성된 나선형 나사산 표면

(6) 나사 봉우리(ridge) 

[그림 3-7]과 같이 이웃하는 두 오목부 사이의 실체부분

(7) 나사 홈(groove) 

[그림 3-7]과 같이 이웃하는 두 오목부를 잇는 우묵한 공간

(8) 산봉우리

[그림 3-7]과 같이 두 오목부를 잇는 나사 봉우리의 정상 표면

(9) 골 밑(root) [그림 3-7]과 같이 이웃하는 두 오목부를 잇는 나사 홈의 바닥 표면비고 : 수나사 골 밑은 둥글기 지름이 지정되었으면 둥글기를 하고, 그렇지 않으면 수나사및 암나사 골 밑은 평면(새 공구 일 때)이거나 뾰족(마모 공구일 때)하다.

(10) 나사산 각(thread angle) 

α[그림 3-7]과 같이 나사 축 평면 내에서 이웃하는 두 오목부에 의해 형성된 각(11) 플랭크 각(flank angle) β[그림 3-7]과 같이 나사 축 평면내에서 나사 축에 수직한 선과 플랭크에 의해 형성된 각

(11) 플랭크 각(flank angle) β

[그림 3-7]과 같이 나사 축 평면내에서 나사 축에 수직한 선과 플랭크에 의해 형성된 각각종 나사산 요소들

(12) 피치 원통(pitch cylinder) 

나사산의 봉우리와의 홈의 폭이 같은 위치에서 바깥 표면이 나사산을 절단하는 가상원통

(13) 피치 선(pitch line) 

피치 원통의 생성선([그림 3-5, 3-6, 3-8] 참조)

(14) 피치(pitch) p 

나사산 플랭크 위의 한 점과 바로 이웃하는 대응 플랭크 위의 대등한 점 간의 축 방향 길이([그림 3-2 ∼3-8] 참조)

(15) 리드(lead)

나사산 플랭크 위의 한점과 가장 가까운 플랭크 위의 대응점 사이의 축 방향거리,[그림 3-4]와 같이 한 점이 나선을 따라 축 주위를 한 바퀴 돌 때의 축 방향 거리

(16) 바깥지름(major diameter) 

[그림 3-8]에서와 같이 수나사의 산봉우리에 접하거나 또는 암나사의 홈 밑에 접하는 가상 원통 표면의 지름비고 : 1) 기호 d는수나사, D는 암나사2) 일반적으로 기초 바깥지름은 나사의 호칭 지름이기도 하다. 

(17) 골지름(minor diameter) 

[그림 3-8]에서와 같이 수나사의 골 밑에 접하거나 암나사의 산봉우리에 접하는가상 원통의 지름비고 : 기호 d1는 수나사, D1는 암나사(18) 유효 지름(pitch diameter) [그림 3-8, 3-9]와 같이 피치 원통의 지름비고 : 기호 d2는 수나사, D2는 암나사

(19) 리드 각(lead angle) Ø

피치 원통 위의 나선에 접하는 접선과 나사 축(및 원통)에 직각인 평면이 이루는 예각

비고 :

1) 한줄 나사일 때 : tanØ=p/π.d₂또는 p/π.D₂

2) 여러줄 나사일 때 : tanØ=ph/π.d₂또는 ph/π.D₂

(20) 나사산 높이(thread height)

[그림 3-7]에서 나사 축에 직각인 단면에서 나사산의 산봉우리와 홈 밑 사이의 반지름 방향 거리

(21) 단순 유효지름(simple pitch diameter) 

[그림 3-9]와 같이 홈 밑의 폭이 기초 피치의 절반인 나사 홈의 폭에 걸쳐, 실제 나사산을 교차하는 가상 원통의 지름

(22) 물림 길이(length of engagement) 

[그림 3-10]과 같이 하나는 수나사 다른 하나는 암나사인 서로 만나는 두 나사산이서로 접하는 축 방향 거리

(23) 실제 나사산의 종합 유효지름(virtual pitch diameter) 

[그림 3-10]과 같이 주어진 기준 산 모양을 갖고, 주어진 물림 길이에 걸쳐(간섭이나 여유 없이)실제 나사와 정미로 조립되는 가상적인 완전 나사산의 유효 지름

(24) 머리부(head) 

[그림 3-11]과 같이 수나사 부품의 머리 부분

(25) 축 부(shank) 

[그림 3-11]과 같이 수나사 부품의 머리부를 제외한 부분

(26) 원통부(body) 

[그림 3-11]과 같이 수나사 부품의 머리부와 나사부 사이에 있는 부분, 목 아래 둥글기부 및 불완전 나사부는 원통부에 포함된다.

① 나사부(threaded portion) 

나사부품의 수나사 또는 암나사 부분([그림 3-11] 참조) 

② 완전 나사부(complete thread) 

산봉우리와 골 밑 모양의 양쪽 모두 완전한 산형으로 이루어지는 나사부([그림3-11] 참조) 

③ 불완전 나사부(incomplete thread)

나사 가공 공구의 모떼기부 또는 선단 등에 의하여 만들어진 산 모양의 불완전한 나사부 원통부를 갖는 수나사 부품에서는 원통부와 완전 나사부의 경계부 및나사 끝 부분에 불완전 나사부가 생긴다. 전 나사의 수나사 부품에서는 목 밑 부분과 나사 끝 부분에 생긴다([그림 3-11] 참조).

④ 자리면(bearing surface)

나사 부품을 죌 때 직접 하중을 받는 면의 부분. 다만, 나사산의 플랭크는 제외한다([그림 3-11] 참조).

⑤ 언더컷(undercut)

수나사 부품의 나사부와 원통부의 경계 및 전 나사의 부품 머리부 목 아래에 설치한 홈([그림 3-11] 참조)

⑥ 나사의 호칭(designation of thread)

나사의 형식, 지름 및 피치를 나타내는 호칭 기호

⑦ 보통 나사(coarse thread)

지름과 피치의 조합이 일반적이고 가장 보편적으로 사용되고 있는 3각 나사

⑧ 가는 나사(fine thread)

보통 나사에 비하여 지름에 대한 피치의 비율이 작은 나사

⑨ 3각 나사(triangular screw thread)

나사산의 모양이 정 3각형에 가까운 나사의 총칭. 미터 나사, 유니파이 나사,미니어처 나사 등이 이에 속한다.삼각나사(미터나사, 유니파이 나사)

⑩ 미터 나사(metric thread)

지름 및 피치를 밀리미터(mm)로 표시한 나사산의 각도 60°의3각나사, 프랑스, 독일 등에서 일반용 나사로 발달하여 온 나사이며, 현재는 ISO가 국제 규격으로 채용한 3각 나사

⑪ 인치 나사(inch thread)

나사의 피치를 25.4mm에 대하여 산 수로 표시한 3각 나사

⑫ 유니파이 보통 나사(unified coarse thread : UNC thread) 

미국, 영국, 캐나다 3국이 협정하여 생긴 나사로서, 나사산의 각도가 60°인보통인치나사

⑬ 유니파이 가는 나사(unified fine pitch thread : UNF thread) 

기준 산 모양은 유니파이 보통 나사와 같으나, 지름에 대한 피치가 가는 나사

⑭ 미터 사다리꼴 나사(metric trapezoidal screw thread) 

산봉우리와 골 밑의 잘라낸 부분이 큰 대칭 단면형 나사산을 가지고, 지름 및피치를 밀리미터(mm)로 나타낸 산의 각도가 30°인 사다리꼴 나사

⑮ 29도 사다리꼴 나사(29°trapezoidal screw thread) 

산봉우리와 골 밑의 잘라낸 부분이 큰 대칭 단면형 나사산을 가지고, 지름은mm, 피치는 25.4mm에 대한 산 수로 나타낸 산의 각도가 29°인 사다리꼴 나사

(16) 관용 나사(pipe thread) 

관, 관용 부품, 유체 기기 등의 접속에 사용하는 나사, 평행 나사와 테이퍼 나사가 있으며, 테이퍼 나사는 테이퍼를 1/16로 잡는 것이 보통이다.

17. 관용 평행 나사(parallel pipe thread) 

기계적 결합을 주목적으로 하는 관용 나사([그림 3-14 (a)] 참조)

18. 관용 테이퍼 나사(taper pipe thread) 

나사부의 내밀성을 주목적으로 하는 관용 나사([그림 3-14 (b)] 참조

19. 각나사(square thread)

나사산의 단면형이 정사각형에 가까운 나사([그림 3-15] 참조)

20. 톱니 나사(buttress thread) 

축 방향의 힘이 한쪽 방향으로만 작용하는 경우에 사용하는 톱니모양의 비대칭단면형 나사([그림 3-16] 참조) 

21. 둥근 나사(round thread) 

사다리꼴 나사의 산봉우리 및 골 밑에 큰 둥글기를 붙인 나사([그림 3-17] 참조) 

22. 전구 나사(electric light bulb thread) 

전구의 베이스 및 소켓에 사용하는 나사. 나사산의 모양이 거의 같은 크기의 산둥글기와 골 둥글기

23. 볼나사(ball thread) 

[그림 3-18]과 같이 축과 구멍에 스파이럴형의 골을 만들어 여기에 강구를 넣어 축과 구멍이 부드러운 나사의 역할을 하는 것이다. 따라서 마찰이 극히 적어 공작기계의 수치제어에 의한 위치결정, 자동차용 조향치차 등 이동용 나사로 사용된다

24. 롤러나사(roller thread) 

[그림 3-19]와 같이 나사축의 상하에 롤러 나사를 끼워 볼나사와 같은 효율을얻을 수 있는 것으로, 나사 축과 너트를 보다 가볍게 작동 시키는 방법으로 구름마찰을 이용한 나사이다. 용도는 연삭기, 밀링 머신, 호빙 머신, 대형 공작기계의 이송 부분, 나사 잭의 구동부분, 유압 모터의 흡입 밸브장치, 원자력 발전 장치, 전차의 대포, 미사일의 조준 장치에 사용된다.

출처 : 공공누리 http://www.kogl.or.kr/

나사 용어

나선 (helix)

0 또는 π/2 라디안 제외한 일정각으로 표면 생성선과 교차하는 직각인 원통 표면상의 곡선

나선의 리드 (lead of a helix) 

원통에 놓은 곧은 생성선에 의해 나선의 연속하는 두 교차점 간의 축 방향 길이. 즉, 나선을 따라 한 점이 축 주위를 한 바퀴 돌 때의 축 방향 이동 거리를 말한다. 

즉, ℓ= n·ph

여기서, ℓ은 리드, n은 줄 수, ph는 피치이다. 

나선의 리드각(lead angle of a helix) 

나선의 접선과 나선이 놓인 원통 축에 직각인 평면 사이의 예각, 즉 나선의 리드를 나선이 놓인 원통 둘레로 나눈 값과 같다. 

tanØ=Ph/πd

나사산(screw thread) 

원통의 표면에 연속적으로 돌출한 균일 단면의 나선 모양 봉우리를 말한다.

수나사 나사산(external thread) 

원통 표면의 바깥쪽에 형성된 나사산[그림 3-2](6) 암나사 나사산(internal thread) 원통 표면의 안쪽에 형성된 나사산

오른 나사(right thread) 

시계 방향으로 돌려서 조이는 나사산

왼 나사(left thread) 

시계 반대방향으로 돌려서 조이는 나사산

한 줄 나사(single-start thread) 

축 직각 단면에서 볼 때 나사산의 시작이 하나뿐인 나사산

여러 줄 나사(multi-start thread) 

축 직각 단면에서 볼 때 나사산의 시작이 여러줄인 나사산

출처 : 공공누리 http://www.kogl.or.kr/

강체 (rigid body)

강체의 정의

강체란 이론적으로 무한대의 강성을 가지는 물체를 말한다. 따라서 힘을 가해도 변형이 되지 않으며 참고점으로 지정되는 하나의 노드에 의해 운동이 결정된다. 이는 아바쿠스에서도 마찬가지이다. 

강체의 질량과 관성모멘트는 사용자가 하나의 절점에 지정할 수도 있고 밀도를 정해서 자동으로 계산되게 할 수도 있다. 

강체로 모델링하는 경우

강체로 모델링되는 대상물은 다른 구조물들에 비해 상대적으로 매우 높은 강성을 가지는 경우가 해당된다. 예를 들어서 금형과 판재를 모델링하는 경우에 판재는 솔리드나 쉘로 모델링하고 금형은 강체로 모델링한다.

강체로 모델링하는 이유

강체 요소를 사용하는 이유는 다른 요소들과 마찬가지로 효율적인 계산을 위해서이다. 강체로 모델링을 하면 단 하나의 노드점의 자유도만을 가지기 때문이다.  

아바쿠스에서의 강체 요소

아바쿠스에서는 강체 요소의 이름은 R로 시작한다. 뒤에 2D 가 붙을 경우에는 2차원 요소, AX 가 붙으면 축대칭 요소가 된다. 마자막 숫자는 노드 개수를 나타낸다.

강체요소는 참고점이외에는 slave 혹은 dependent 절점이며 참고점만이 master 혹은 independent 절점이 되어 일반적으로 3차원에서는 6 자유도를 가지게 된다.

재료의 중량 계산

설계제도가 완료된 기계 부품들은 무게를 계산할 필요가 있다. 각 부품의 재료에 대한원가를 정확하게 산정하기 위함이고, 또한 부품의 취급 및 운반방안에 따른 포장 방법및 운송비용 등을 산정하는데도 필요하다. 계산된 중량은 도면의 부품란에 표기한다.부품의 무게(w) = 체적(단면적 × 두께 또는 길이) × 비중량( γ)재료의 비중량은 재료의 종류마다 다르며, 아래는 주요 재료의 비중량이다.

주요 재료의 비중량

출처 : 공공누리 http://www.kogl.or.kr/

기계 제도 - 재료 기호의 구성

재료 기호는 로마자와 아라비아 숫자로 구성되어 있으며, 보통 다음과 같이 세 부분으로 나누어 표시한다.

가. 처음 부분재질을 표시하는 기호이며, <표 2-21>과 같이 로마자의 머리글자(대문자)나 원소 기호로 표시한다.

나. 중간 부분규격명, 제품명을 표시하는 기호이며 <표 2-22>와 같이 로마자의 머리글자(대문자)로표시하고 판(plate)·봉(bar)·선(wire)재와 주조품, 단조품 등과 같은 제품의 모양에따른 종류나 용도를 표시한다.

다. 끝 부분<표 2-23>과 같이 재료의 종류 번호, 최저 인장 강도와 <표 2-24>과 같이 제조 방법, 열처리 방법 등을 나타낸다

표 2-21 재질을 표시하는 기호

표 2-22 규격명 또는 제품명을 표시하는 기호

표 2-23 재료의 종류를 표시하는 기호

표 2-24 끝부분에 덧붙이는 기호

아래는 보기

출처 : 공공누리, http://www.kogl.or.kr/