[설계분야] 체결 요소 기준 정리

기구설계자로서 항상 헷갈리고, 제대로 된 기준이 없으면 항상 찝찝한 기분으로 설계를 진행하는 요소가 바로 체결이다. 
 

• 알루미늄인데, 물림 길이는 얼마나 선정해야 풀리지 않을까?
• 스크류 체결시 보스부 두께는 몇으로 해야할까?
• 볼트 나사산부는 그냥 들어가고, 헤드만 걸리려면 직경 몇mm 홀을 뚫어야 적당할까? 

등등.. 나도 헷갈리기 때문에 일단 정리해본다. 
 

탭 가공

탭의 경우, 모델링 상에서 직경의 크기는 크게 중요하지 않다. 어차피 2D 도면 칠때 모두 표시를 해줘야하기 때문이다. 그러지 않으려면 3D로 탭을 전부 표시해줘야하는데, 정말 쉽지 않다.
다만, 주변 기구물과의 GAP, 간섭 여부, 살 두께등을 고려하기 위해 나는 가장 큰 치수를 기준으로 홀 구성을 해놓는다. 
 
KS규격 중 미터 보통 나사를 보면 다음과 같다. 

KS규격 - 인터넷에서 쉽게 다운받을 수 있다.

우리가 체결하는 나사를 수나사, 홀을 암나사로 생각하면 된다.
(보통 나사의 경우, 피치는 규격대로 정해져 있으므로 도면에 특별히 명기 안하면 규격대로 탭가공해준다.)
나사의 호칭은 수 나사의 바깥지름 기준이다. 가장 넓게 파인 곳이 수나사의 바깥 지름, 암나사의 골 지름이 되기 때문에 3D에서는 바깥 지름 기준으로 홀을 내주도록 하자.  (M4 기준 4mm 홀 가공으로 표현) 
 

체결용 홀 (커버류, 브라켓 등)

다음은 체결용 홀을 고민해보자.
결론적으로 바깥 지름보다는 크게(쉽게 들어갈 수 있게), 볼트 헤드보다는 작게 홀을 구성해야한다. 
이때는, 육각 홀볼트의 카운터 보어 자료를 참고해보자.

나사의 바깥지름보다 약 10% 크게 설정해놓는 것을 알 수 있다. 
M4볼트로 10T짜리 모재에 2T짜리 브라켓을 볼트체결 한다고 생각해보자. 브라켓에는 태핑을 할 수 없기 때문에, 홀처리를 해야하는데 이때 직경 4.5mm로 뚫으면 되는 것이다. 

체결 길이 선정

체결 길이는 모재의 재료에 따라 다른데, 물론 하중 조건 (축방향? 전단방향?), 체결 개수 등에 따라서 세부 설계하면 굉장히 많이 달라지겠지만, 일반적인 체결을 기준으로 한다. 
우리의 목표는, 결국 풀리지 않는 것이다. 물론 양산을 하게 되면 정밀한 원가 설계를 위해 계산해야겠지만,
풀리지 않게 하려면 많이, 깊게 강건하고 보수적으로 구성하면 된다. 일반적으로

• "강" 모재의 경우 : 1D 이상
• "주철" 모재의 경우 : 1.8D 이상 
• "알루미늄" 모재의 경우 : 2D 이상 

으로 선정한다. (쫄리면 더 깊게 파거나, 체결 요소 개수를 늘리자) 
 

스크류 가공

사출품의 경우, 종종 다시는 분해하지 않겠다는 각오를 가지고 스크류 체결을 하는 경우가 많다. (물론 몇 번 분리는 가능하나 보통 나사산이 뭉게져버린다) 
이때, 모델링상으로 탭은 아니고 스크류 홀을 어느정도 내줘야 길이방향으로 스크류가 잘 체결이 되는데, 그 기준을 정립해보자. 
(사출이니 빼기방향과 일치하면 그냥 구성하고, 일치하지 않을 경우 슬라이딩 코어를 활용할 수밖에 없다. 체결을 위한 슬라이딩 코어 사용은 어쩔 수 없기 때문에 너무 두려워하지 말자)
 

 정확한 기준은 찾기가 힘든데, 호칭 치수 별 드릴 직경에 맞춰 뚫으면 문제 없을 것으로 판단된다 (추후 수정 예정) 
여기에, 보스부 두께가 사출품 일반 두께의 50%가 되게 설정하면 된다 (수축 방지) 
: 태핑나사의 경우에도, d가 4일때 골이 3.85로 큰 차이가 없음
 

 
다음에는, 체결부의 강도를 고려한 개수 선정 및 토크, 축력 계산을 해보자.