기계 설계에 있어 볼트, 와셔, 너트는 중요한 부품으로 사용되며, 기계를 조립하고 유지 보수를 하는 데 필요한 연결 요소입니다. 설계를 하면서 볼트의 사이즈와 와셔, 너트의 사용 유무를 설계자가 검토하여 적절한 사이즈를 사용하여야 효율적이면서 신뢰성이 좋은 설계가 됩니다.
볼트
볼트는 헤드, 몸통, 스레드, 포인트로 구성되어 있습니다. 헤드는 볼트의 상단 부분이며, 볼트를 회전시키거나 조여질 때 사용되는 도구를 받는 부분입니다. 몸통은 헤드 아래에 있는 실린더 모양의 볼트 부분이며, 부품을 통과하거나 부품을 압착하는 역할을 합니다. 스레드는 몸통에 둘러싸여 있는 나사 모양의 돌출 부분이며, 부품을 결속하고 압착하기 위해 나사를 통해 회전시킵니다. 포인트는 볼트의 끝 부분이며, 표면에 침투하여 결속하는 역할을 합니다. 볼트의 재질은 일반적으로 강철이 많이 사용되고 있으며, 강도와 내식성 등의 요구되는 환경에 따라서 강화된 강철이나 스테인리스 스틸 등 다양한 종류의 강재가 사용되고 있습니다. 볼트의 종류는 일반 볼트와 특수 볼트로 나뉘어 사용합니다. 일반 볼트는 용도에 따라 관통볼트, 탭볼 트, 스터드 볼트 등이 있습니다. 관통볼트는 관통된 구멍에 볼트를 넣고 반대쪽에서 너트로 조립을 하여 2개의 부품이 조립하는 볼트입니다. 탭 볼트는 관통볼트 사용이 어려운 곳에 사용되며, 탭으로 암나사를 내어서 머리 달린 볼트를 나사에 박아 결합하는 볼트입니다. 스터드 볼트는 볼트 머리가 없는 게 특징이며, 한쪽방향으로 미리 박아두고 다른 한쪽에 너트를 끼워서 사용하며, 자주 분해하는 곳에 주로 사용되는 볼트입니다. 볼트 머리부에 따라서는 육각볼트, 사각볼트, 육각구멍붙이 볼트가 있습니다. 육각볼트는 머리모양이 정육각형인 볼트이며, 머리 접촉면이 커서 조임력이 강한 게 특징이고 일반적으로 가장 많이 사용되는 볼트입니다. 사각볼트는 머리모양이 정사각형인 볼트이며, 볼트를 쉽게 풀 수 있는 게 특징입니다. 육각구멍붙이 볼트는 머리에 육각의 홈이 가공되어 있어 조립 시 볼트머리가 튀어나온 부분이 없는 설계가 가능하여 많이 사용하는 볼트입니다. 특수 볼트로는 아이볼트, 나비볼트, 스테이볼트, 기초볼트, T볼트, 리머볼트 등이 있으며, 각각의 볼트마다 사용용도가 다릅니다.
와셔
와셔는 볼트와 너트 사이에 위치하여 사용하며, 부품 표면에 가해지는 압력을 분산시키고, 볼트와 너트가 부품 표면에 고르게 조립되도록 돕는 부품입니다. 와셔의 구성 요소는 외경, 내경, 두께, 구멍으로 나누어져 있습니다. 외경과 내경은 와셔의 바깥쪽 지름과 안쪽 지름을 말합니다. 내경은 볼트의 몸통과 너트의 스레드가 통과할 수 있도록 여유 있는 크기로 설계 및 사용하여야 합니다. 두께는 부품 표면에 압력을 분산시키는 역할을 합니다. 구멍은 와셔의 중앙에 위치하고 있는 구멍을 말하며, 볼트가 통과할 수 있도록 설계되어야 합니다. 와셔의 종류에는 크게 평와셔, 타원형와셔, 스프링와셔 등 이 있습니다. 평와셔는 가장 일반적으로 사용되는 와셔이며, 평면적인 원판 형태를 가지고 있어 부품 표면에 압력을 균일하게 분산시켜 볼트와 너트를 안정적으로 조립하고 비용이 저렴한 장점이 있으나 진동이나 충격에 의하여 와셔가 이동하거나 풀릴 수가 있어 제한적인 단점이 존재합니다. 타원형 와셔는 와셔의 외형이 타원형인 와셔이며, 평와셔 보다 압력을 더 균일하게 분산시킬 수 있는 장점이 있습니다. 하지만 평와셔에 비해 제작이 복잡하여 금액적인 부분으로 인하여 많이 사용하지는 않습니다. 스프링와셔는 와셔의 형태가 스프링처럼 코일 형태로 되어 있는 와셔이며, 진동과 충격에 대한 완충기능이 좋아 볼트와 너트의 강도를 유지하면서 결합력을 높일 수 있는 장점이 있지만 부품 표면에 흠집이 생기는 단점이 있어 스프링 와셔와 평와셔를 동시에 사용하기도 합니다. 와셔의 선택은 압력분산, 진동 완충, 결합 강도 등을 검토하여 올바른 종류의 와셔를 선택하여 사용하여야 합니다.
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