볼트 · 너트의 선정 및 체결에 관한 기술지침

2005.11 한국산업안전보건공단

1. 서문
이 규격은 한국산업안전보건공단의 규격 O-10-2005인 "볼트ㆍ너트의 선정 및 체결에 관한 기술지침"의 내용을 변경하지 않고 작성한 것임.
2. 코드 개요 제정자 : 김건남, 개정자 : 이준원
제 개정 경과

1999년 4월	기계안전분야 기준제정위원회 심의
1999년 5월	총괄기준제정위원회 심의
2005년 8월	KOSHA Code 기계안전분야 제정위원회 심의
2005년 10월	KOSHA Code 총괄제정위원회 심의

3. 관련규격 및 자료
3.1 한국산업규격

KS B 0140	나사의 조임 통칙
KS B 0201	미터 보통나사
KS B 0204	미터 가는나사
KS B 0233	강제볼트, 작은 나사의 기계적 성질
KS B 0234	강제너트의 기계적 성질
KS B 0241	내식 스테인리스 강제 나사부품의 기계적 성질
KS B 0547	체결용부품-표면결함-제1부:일반용 볼트, 나사 및 스터드 볼트

3.2 기타 규격

KOSHA Code M-13-2002	죔쇠의 조임력에 관한 기술지침
ISO 808	MECHANICAL PROPERTIES OF FASTENERS

4. 관련법규 · 규칙 · 고시 등
산업안전기준에 관한 규칙 제3편 제1장(기계 등의 일반기준)
5. 코드적용 및 문의
이 코드에 대한 문의는 한국산업안전보건공단 중대산업사고예방실
(TEL 032-5100-682, FAX 032-512-8315)로 연락하여 주십시오.
공표일자 : 2005년 11월 15일
제 정 자 : 한국산업안전보건공단 이사장

볼트 · 너트의 선정 및 체결에 관한 기술지침
1. 목 적
이 지침은 산업안전기준에 관한 규칙(이하 “안전규칙”이라 한다) 제3편 제1장(기계 등의 일반기준) 등의 규정에 의하여 기계의 점검 · 보수를 할 때, 볼트 · 너트의 선정, 사용 및 체결 등을 사업장에서
자율적으로 수행하기 위하여 필요한 기술지침을 정함을 목적으로 한다.
2. 적용범위
이 지침은 사업장에 설치되어 있는 기계를 개선, 점검 · 정비 할 때 부품 중 볼트 · 너트의 선정, 사용 및 체결 시에 적용한다.
3. 용어의 정의
3.1 이 지침에서 사용하는 용어의 정의는 다음과 같다.
(1) “나사산(Screw thread)”이란 원통표면에 연속적으로 돌출한 균일 단면의 나선 모양의 봉우리를 말한다.
(2) “피치(Pitch)”란 나사산 플랭크 위의 한점과 바로 이웃하는 대응 플랭크 위의 대등한 점 간의 축 방향 길이를 말한다.
(3) “미터나사(Metric thread)”란 지름 및 피치를 밀리미터(mm)로 표시한 나사로써 나사산의 각도가 60°인 3각 나사를 말한다.
(4) “3각 나사(Triangular screw thread)”란 나사산의 모양이 정 3각형에 가까운 나사의 총칭이다.
(5) “보통나사(Coarse thread)”란 지름과 피치의 조합이 일반적이고 가장 보편적으로 사용되고 있는 3각 나사를 말한다.
(6) “가는 나사(Fine thread)”란 보통나사에 비하여 지름에 대한 피치의 비율이 작은 나사를 말한다.
(7) “수나사(External thread)”란 원통표면의 바깥쪽에 나사산이 형성된 나사를 말한다.
(8) “암나사(Internal thread)”란 원통표면의 안쪽에 나사산이 형성된 나사를 말한다.
(9) “플랭크(Flank)”란 직각원통의 생성선에 평행하지 않은 기초 3각형의 한 변에 의해 형성된 나선형 나사산의 표면을 말한다.
(10) “나사체결(Bolting)”이란 2개 이상의 물품을 볼트, 작은나사 등의 수나사부와 너트 또는 물품에 형성된 암나사부를 끼워 맞추어 나사 조임에 의하여 결합하는 방법 또는 결합한 상태를 말한다.
(11) “조임(Tightening)”이란 수나사와 암나사를 끼워서 수나사 부품의 축부에는 인장력, 피체결 부재에는 압축력을 주는 것을 말한다.
(12) “조임력(Clamping force)”이란 조임에 의하여 수나사 부품의 축부에 작용하는 인장력(축력) 또는 조임에 의하여 피체결 부재에 작용하는 압축력을 말한다.
(13) “초기 조임력(Initial clamping force)”이란 조임 작업 종료 직후의 조임력을 말한다.
(14) “오른손나사(Right-hand thread)”란 시계방향으로 돌려서 조이는 나사를 말한다.
(15) “왼손나사(Left-hand thread)”란 시계반대방향으로 돌려서 조이는 나사를 말한다.
3.2 기타 이 지침에서 사용하는 용어의 정의는 이 지침에서 특별히 규정하는 경우를 제외하고는 산업안전보건법, 동법 시행령, 동법 시행규칙, 안전규칙 및 기타 고시에서 정하는 바에 따른다.

4. 볼트 · 너트의 선정방법
4.1 일반사항
(1) 볼트 · 너트는 형상 및 치수에 따라 분류되며 형식강도구분, 다듬질 정도, 표면처리 등에 따라 세분되므로 볼트 · 너트의 종류가 많아지면 조달, 보관, 출고 및 조립 등의 작업이 복잡해지므로 가능한 한 종류를 단순화 시켜 사용한다.
(2) 한국산업규격 등에서 정하는 규격품을 사용하고 규격 이외의 것은 특별한 이유가 없는 한 사용하지 않도록 한다.
(3) 품질명세는 한국산업규격 등 규격에서 정해진 사항을 원칙으로 하고 정하여지지 않은 사항은 사업장 실정에 맞게 정한다.
(4) 시장에서 구입이 용이한 종류를 우선하여 선정한다. (5) 볼트체결 시에는 상응하는 조임 기구나 작업공구가 필요하므로 이를 고려하여 선정한다.
4.2 외관형상에 따른 선정
4.2.1 나사형식
(1) 일반용 부품에는 미터 보통나사를 적용하며 KS B 0201 “미터 보통나사”에 따른다.
(2) 가는 피치가 필요한 경우에는 미터 가는나사를 적용하며 KS B 0204 “미터 가는나사”에 따른다.
(3) 일반적으로 사용되는 나사의 등급은 수나사에는 6g, 암나사에는 6H를 사용하며 기타 사양을 적용할 필요가 있을 경우에는 별도로 명기한다.
4.2.2 외측식 머리
(1) 6각 머리는 4각 머리보다 조임에 필요한 스패너의 이동거리가 작고 마주보는 변간 길이가 작아 일반적으로 많이 쓰인다.
(2) 4각 머리는 스패너의 걸림이 크므로 부식으로 인해 스패너의 걸림이 나빠질 우려가 있는 경우, T홈에 넣어 물체를 고정시키는 경우 및 목재에 삽입하여 사용하는 경우 등에 적합하다.
4.2.3 내측식 머리
(1) 6각 구멍은 조임의 회전각을 작게 잡을 수 있고 봉 스패너에 의해 강한 조임을 할 수 있다.
(2) 4각 구멍은 봉 스패너와의 걸림이 6각 구멍보다 크므로 주물 등 연질재료의 볼트에 적합하다.
(3) 홈붙이, 십자 구멍 붙이는 스크류 드라이버에 의한 조임이 되므로 큰 토크를 가할 수 없으나 조임이 편리하므로 작은나사, 나무나사, 탭핑나사 등에 적합하다.
4.2.4 좌면부 형상
(1) 좌면의 조도는 조임토크에 큰 영향을 주므로 큰 토크를 가하는 볼트의 좌면은 높은 조도를 선택한다.
(2) 조임력이 커지면 좌면 함몰을 일으킬 수 있으므로 고강도의 볼트에는 열처리한 평 와셔를 넣거나 플랜지붙이 볼트를 사용하는 것이 좋다.

4.2.5 표면처리
(1) 표면처리는 내식성, 통전성, 내마모성 등 기능을 향상시키기 위한 목적과 외관을 보기 좋게 하기 위한 목적으로 사용한다.
(2) 표면처리로는 도금이 많이 사용되며 전기아연도금은 내식성 및 나사의 정밀도 유지에 효과가 크다.
(3) 도금의 두께가 두꺼워지면 내식성은 높아지나 정밀도는 낮아져 끼워 맞춤이 어렵게 된다.
(4) 원활한 끼워 맞춤을 위하여 수나사와 암나사의 틈새를 크게 잡으면 나사산의 걸림이 작아서 강도가 약해지므로 끼워 맞춤 길이를 크게 하는 등 강도를 높이기 위한 보완대책을 고려한다.
4.3 기계적 성질에 따른 선정
4.3.1 강도에 따른 선정
(1) 필요강도에 따라 규정되어 있는 기계적 성질에 맞추어 선정한다.
(2) 4.3.2의 (2)에서 고려하여야 할 특별한 경우 이외에는 재료는 지정하지 않는 것이 좋다.
(3) 기계적 성질은 KS B 0233 “강제볼트 · 작은나사의 기계적 성질”, KS B 0234 “강제너트의 기계적 성질”, KS B 0241 “내식 스테인리스 강제 나사부품의 기계적 성질”에 따른다.
(4) 일반적인 볼트의 강도구분은 <표 1>을 참조하여 구분한다.
<표 1> 볼트의 강도구분

강도구분	3.6	4.6	4.8	5.6	5.8	6.8	8.8	9.8	10.9	12.9
호칭 인장강도 (N/mm²)	300	400	400	500	500	600	800	900	1000	1200
최소 경도 (HB)	90	114	124	147	152	181	238	276	304	366
호칭 하항복점 (N/mm²)	180	240	320	300	400	480	-	-	-	-
호칭 내력 (N/mm²)	-	-	-	-	-	-	640	720	900	1080

* 적용조건 : 나사의 형식은 미터 보통나사 및 미터 가는 나사
나사의 호칭지름범위는 1.6 ~ 39 mm , 재료는 탄소강 및 합금강

* 강도구분수치 : 앞 수치는 호칭인장강도의 1/100
뒤 수치는 호칭하항복점 또는 호칭내력과 호칭인장강도의 비

(5) 일반적인 너트의 강도구분은 <표 2>를 참조하여 구분한다.
<표 2> 너트의 강도구분 및 볼트와의 조합

너트강도구분		4	5	6	8	9	10	12
조합 볼트	3.6	O	O	X	X	X	X	X
	4.6	O	O	X	X	X	X	X
	4.8	O	O	X	X	X	X	X
	5.6	X	O	X	X	X	X	X
	5.8	X	O	X	X	X	X	X
	6.8	X	X	O	X	X	X	X
	8.8	X	X	X	O	O	X	X
	9.8	X	X	X	X	O	X	X
	10.9	X	X	X	X	X	O	X
	12.9	X	X	X	X	X	X	O

* 적용조건 : 보통높이너트

* 높은 강도구분에 속하는 너트를 낮은 강도구분의 너트대신에 사용할 수 있다.

4.3.2 재료에 따른 선정
(1) 강도 이외의 특성을 필요로 하는 경우에는 특성에 알맞은 재료를 지정하여 선정한다.
(2) 고려하여야 할 특성 종류
(가) 내식성
(나) 용접성
(다) 내열성
(라) 내한성
(마) 도전성
(바) 자성
(사) 경량성
(아) 형상 · 치수의 제한
4.4 표면결함 유무에 따른 선정
(1) 볼트 · 너트의 표면결함은 허용한계 내에 있어야 한다.
(2) 볼트 · 너트의 표면결함의 종류
(가) 균열 : 퀜칭균열, 단조균열, 단조터짐, 전단터짐
(나) 소재의 줄흠 및 겹침
(다) 오목부
(라) 주름

(마) 공구자국
(바) 손상
(3) 일반용 볼트 · 너트 표면결함에 대한 발생원인, 겉모양 및 한계에 관한 사항은 KS B 0547
“체결용부품-표면결함-제1부:일반용 볼트, 나사 및 스터드 볼트”에 따른다.
4.5 볼트 · 너트 선정 시 검토하여야 할 사항
(1) 코터핀이나 와셔 등 나사부속품을 함께 장착하지 않으면 체결기능의 상실 가능성
(2) 충격 · 진동 · 부식 등이 우려될 경우 그 조건에 확실히 견딜 수 있는 지의 여부
(3) 체결압이 볼트에 균등하게 걸리지 않을 경우에는 일부 볼트에 응력이 집중될 수 있으므로 체결압의 균등분포 여부
(4) 압력 등에 의하여 나사가 변형되어 체결력이 저하될 수 있으므로 변형에 저항할 만한 강도를 가지고 있는지의 여부
(5) 고온부위에서는 각 부분의 팽창에 의하여 체결력의 저하 여부
5. 볼트 · 너트의 사용방법
5.1 일반사항
(1) 볼트 · 너트의 체결능력은 조임력에 따라 결정되므로 설계에 의하여 정해진 조임 축력을 볼트 · 너트에 균등하게 전달할 수 있어야 한다.
(2) 볼트 · 너트류의 취급 시에는 손상이나 흠짐이 생기지 않도록 하고, 녹슬지 않으며, 윤활제가 증발 · 변질되지 않는 장소에 보관하여야 한다.
(3) 중요부분의 체결 시에는 작업자에게 기준을 제시하여 조임 불량에 따른 사고발생을 방지하여야 한다.
(4) 볼트 · 너트의 끼워맞춤을 확실하게 하기 위해 수나사의 끝은 너트의 윗면에서 2 산 이상 나오게 하며, 이 경우 나사끝의 돌출이 작업자에게 위해를 줄 염려가 있는 경우에는 캡너트를 사용한다.
(5) 일반적인 나사는 오른손나사이므로 왼손나사를 사용할 경우에는 표시를 명확하게 하여 혼란을 방지한다.
5.2 와셔의 사용
5.2.1 와셔의 사용
(1) 조여지는 물체의 면이 거칠고 마찰저항이 커서 적정한 조임을 할 수 없는 경우
(2) 볼트구멍이 커서 볼트 · 너트의 좌면에 의한 누르기가 충분히 되지 않을 경우
(3) 큰 조임력에 대하여 좌면압을 낮추고자 하는 경우
(4) 풀림 방지효과를 높이고자 하는 경우

5.2.2 사용방법
(1) 조임력을 관리하기 위한 목적의 와셔는 토크를 가하는 쪽에 넣는다.
(2) 평와셔를 볼트머리 쪽에 넣을 경우에는 안지름의 각과 목 밑의 둥근 부분이 간섭할 우려가 있으므로 안지름 부위에 모따기를 하거나 라운딩을 한 와셔를 사용한다.
(3) 스프링와셔는 조임 좌면과의 접촉면적이 작아 좌면의 마찰저항에 의한 풀림 방지 작용은 평와셔보다 낮으나, 축방향으로 작용하는 반발력에 의해 풀림 방지 작용을 하므로 조임면에 흠짐이 날 우려가 있으며 좌면이 열처리 등으로 경화되어 있으면 물림이 나빠지므로 주의하여 사용한다.
5.3 분할핀의 사용
(1) 분할핀은 나사의 풀림 방지 또는 핀의 빠짐방지 용도에 사용한다.
(2) 너트 쪽에 많이 쓰이며 홈붙이너트와 조합하여 사용한다.
(3) 분할핀의 끝부분을 구부릴 때 그 부분이 돌출되면 물체가 걸리거나 손을 다치게되므로 구부린 끝은 너트에 접하도록 한다.
(4) 한번 사용된 분할핀은 손상의 우려가 있으므로 재사용하지 않는다.
(5) 분할핀의 재료는 탄소강, 황동, 스테인리스강 등이며 너트의 재료에 맞추어 선정한다.
6. 볼트 · 너트의 조임
(1) 볼트 · 너트의 정확한 조임은 기계의 안전성 및 접합부 누설방지에 중요하다.
(2) 조임작업 종료 직후 볼트의 축부에 작용하는 초기 조임력은 일반적으로 볼트의 항복점 또는 내력의 60~70%로 한다.
(3) 나사체결체의 신뢰성을 확보하기 위하여는 설계단계에서 나사체결체로서의 기능을 충분히 발휘하는 볼트 · 너트의 시방, 조임력 등을 사용실적 및 강도계산에 의하여 결정하고 조임작업 단계에서는 지시된 초기 조임력을 충실히 실현하는 것이 중요하다.
(4) 조임방법 및 조임에 대한 유의사항은 KS B 0140 “나사의 조임통칙” 및 KOSHA Code M-13-2002
“죔쇠의 조임력에 관한 기술지침”에 따른다.
7. 볼트 · 너트의 풀림
7.1 되돌기 회전 없는 풀림
(1) 밀봉을 위해 접합부에 끼워서 사용하는 가스킷의 약화에 의한 풀림은 진행 후 멈추는 경향이 있으므로 멈춤 후 더 조이도록 한다.
(2) 볼트머리 또는 너트 좌면에서 면압이 클 때 접촉부의 피체 결부재표면이 환상으로 함몰될 수 있으므로 와셔를 병용하거나 플랜지 볼트, 플랜지 너트를 사용한다.
(3) 나사이음의 접촉부 특히 피체결 부재끼리의 접합부에서 미끄럼이 반복되는 경우에 미동마멸이 생겨 풀림이 발생되므로 조임력을 충분히 하여 외력이 작용되어도 피체결 부재끼리 미동하지 않도록 한다.
(4) 주변의 온도변화로 인한 볼트의 팽창 · 수축으로 나사이음이 풀리거나 또는 조여질 수 있으며, 화재 등에 의해 볼트나 피체결 부재가 재료의 재결정온도 이상으로 가열되었을 때에는 조임력이 상실되어 풀림이 발생되므로 재조임등의 조치가 필요하다.

7.2 되돌기 회전에 의한 풀림
(1) 볼트 · 너트로 체결된 피체결 부재끼리 나사의 축선둘레에서 상대적인 축회전 진동이나 축직각 진동이 있을때 풀림이 발생할 수 있다.
(2) 축방향 하중이 반복적으로 증감할 때 너트가 확대 · 수축을 반복하여 나사면과 좌면에서 미끄럼이 생기며 이로 인한 되돌림 회전으로 풀림이 발생한다.
(3) 나사이음에 축방향의 충격적 외력이 작용하는 경우 피체결 부재끼리의 접합부에서 순간적으로 떨어질 수가 있으며 그 때 볼트축부에 축적된 탄성비틀림이 해제되어 되돌림 회전을 일으킬 수 있다.
8. 볼트 · 너트의 풀림 방지
8.1 일반사항
(1) 기계에 부속하는 볼트 · 너트가 체결된 모든 부위는 풀림에 의한 위험을 방지하기 위하여 정기점검이나 보수 시에 볼트 · 너트의 적정한 조임이나 풀림여부, 손상여부를 확인하는 등 필요한 조치를 하여야 한다.
(2) 설비를 설계, 제작, 조립 시에 볼트의 풀림을 방지할 수 있도록 고려하여야 한다.
(3) 볼트 · 너트를 체결할 때에는 가능한 한 볼트머리를 아래쪽에 위치하도록 하여 풀림을 육안으로 확인할 수 있도록 하는 것이 좋다.
8.2 와셔에 의한 풀림 방지
8.2.1 스프링와셔
(1) 스프링와셔는 가장 일반적인 풀림 방지용 와셔로 정지상태의 구조체 체결에 많이 사용되며 고속회전체나 진동체에는 부적당하다.
(2) 분해조립이 반복되면 조임 좌면의 손상, 와셔 절단면의 마멸, 와셔탄성이 저하되어 풀림 방지효과가 없어지므로 주의한다.
8.2.2 이붙이 와셔
(1) 이붙이 와셔는 스프링와셔의 절단부를 증가시킨 형태로 소형 전기기기류 및 가정 전기제품에 많이 사용된다.
(2) 스프링와셔와 같이 분해조립이 반복되면 풀림 방지효과가 감소되므로 주의한다.
8.2.3 구름베어링용 와셔
(1) 베어링너트의 풀림 방지용으로 사용된다.
(2) 와셔에 돌기가 있어 베어링용 너트에 있는 홈에 구부려 끼워 넣어 풀림을 방지한다.
(3) 반복 사용되면 구부리는 부분에 균열, 손상이 생길 수 있으므로 주의한다.
8.2.4 혀붙이와셔
(1) 와셔에 붙어있는 혀를 너트나 좌면에 따라 굽혀서 풀림을 방지한다.
(2) 신뢰성이 높으며 풀림상태도 쉽게 발견할 수 있다.
(3) 반복사용 시는 구부리는 부분에 균열, 손상이 생길 수 있으므로 주의한다.

8.3 너트에 의한 풀림 방지
8.3.1 홈붙이 너트 및 분할핀 고정
(1) 홈붙이 너트의 홈과 볼트의 구멍을 일치시켜 분할핀을 장착하는 방법으로 신뢰성이 높아 일반적으로 많이 사용된다.
(2) 홈과 분할핀 구멍을 맞출 때 너트를 되돌리지 않아야 한다.
(3) 일반 너트에 구멍을 내어 분할핀을 장착하면 볼트강도를 약하게 하고 분해조립 시 구멍이 어긋날 수 있으므로 주의해야 한다.
8.3.2 이중너트
(1) 일반 산업기계에 많이 사용된다.
(2) 두께가 얇은 너트를 먼저 체결 후 일반너트를 체결하면 두 볼트가 서로 밀어주는 힘으로 풀림 방지효과가 발생된다.
(3) 일반너트 2개를 사용하여도 된다.
8.3.3 특수너트
(1) 너트의 일부에 플라스틱을 끼워 넣어 나사의 마찰을 증가시켜 풀림을 방지할 수 있다.
(2) 이중 너트형에서 마주보는 너트의 조임 좌면을 원추상으로 하면 조임력이 볼트를 잡아 풀림을 방지할 수 있다.
8.4 기타 풀림 방지
8.4.1 와이어 고정
(1) 볼트의 머리에 구멍을 내고 아연 도금 연철선으로 2개의 볼트머리를 연결하여 묶는 방법으로 풀림을 방지한다.
(2) 볼트체결 방향으로 묶어야 하며 지나치게 강하게 묶으면 철선이 절단 또는 균열이 발생될 수 있으므로 주의해야 한다.
8.4.2 기타
(1) 너트에 스프링와셔가 부착되어 있거나 코일스프링이 부착된 것도 사용된다.
(2) 너트를 볼트에 조인 후 전기 용접하거나, 펀치로 나사를 누르는 방법, 너트를 조일 때 접착제를 사용하는 방법 등이 있다.