나사 부품의 조임 시험 방법

Method of Tightening test for threaded fasteners (KS B 0143 : 1991) 2006 확인

1. 적용번위

이 규격은 볼트ㆍ너트의 조합에 의한 나사 조임에 대한 특성치 (이하 조임 특성치)를 구하기 위한 시험 방법에 대하여 규정한다.
이 규격에서 대상으로 하는 조임 특성치는 토크 계수, 나사면 마찰 계수, 자리면 마찰 계수, 항복 조임 축력, 항복조임 토크 및 극한 조임 축력으로 한다.

또한, 이 규격은 볼트ㆍ너트 이외의 나사 부품의 조임 특성치 및 나사부품과 구 조체의 나사를 조합한 조임 특성치를 구할 경우에는 준용할 수 있다.
다만, 수나사 부품에 압축력을 주는 나사류 및 수나사 부품에 자체에서 나사 내기를 하는 나사 못, 태핑나사류와 특별한 풀림방지 기능을 부여한 나사부품의 조임 특성치를 구하는 경우에는 적용할 수 없다.

2. 용어 및 기호의 뜻

2.1 용어

이 규격에서 사용하는 주된 용어의 뜻은 KS B 0140 (나사의 조임 통칙) 에 따르는 외에
KS B 0101 (나사 용어) 에 따른다.

2.2 기호

이 규격에서 사용하는 주된 기호와 그 뜻은 표 1 에 따른다.
또한, 표 1 의 기호와 그 뜻은 KS B 0140 에 따른다.

3. 시험

시험 장치는 다음의 조건을 구비한 것으로 한다.
(1) 시험 장치는 표 2 에 표시한 구하고자 하는 조임 특성치각각에 대한 데이터를
연속기록(¹) 또는 지시계(²)의 판독에 의하여 검출할 수 있는 것으로 한다.

주 (¹) 리코더 등에 의한 연속기록 또는 극히 짧은 샘플링 간격에 의한 측정을 가리킨다.
(²) 토크 미터 등의 지침 계기를 가리킨다.

비고

• 토크 계수, 나사면 마찰 계수 및 자리면 마찰 계수를 구하는 경우에는 O 표의 값을 동시에 측정한다.
• 항복 조임 축력, 항복 조임 토크 및 극한 조임 축력을 구하는 경우에는△ 표 및 O 표 연속 기록한다.
  다만, 극한 조임 축력만을 구하는 경우에는 조임 회전각에 관계없이 조임 축력의 최대치를 측정할 수 있으면 좋다.
• 시험 장치는 자동 또는 수동에 의해 볼트 머리부분 또는 너트에 조임 토크를 가할 수 있는 것으로 한다.
• 조임 토크, 나사부 토크, 자리면 토크 및 조임 축력의 측정 정밀도(오차율)는 특별한 지정이 없는 한 측정하고자 하는 값에 대하여 ±2% 로 한다.
• 항복 조임 축력 및 항복 조임 토크를 구할 때, 조임 회전각의 검출치는 측정하고자 하는 범위 내에서 그 참값에 대하여 직선성을 가진 것으로 한다.
• 시험 장치 체결부의 스프링 특성은 시험을 하는 조임 축력의 범위에서 선형이어야 한다.
• 시험 장치의 피체결부(공시 볼트 l 자리면에 끼원지는 부분)의 시방 및 공시체의
  세트는 원칙적으로 그림 1 에 따른다.

Dp : 자리면 판 외접원의 지름 (그림 2 참조)

Lf : 볼트ㆍ너트의 자리면간 거리

Lt : 볼트ㆍ너트의 자리면간 완전 나사의 길이

주(³) t ≥ d (d 는 나사의 호칭 지름) 로 하는 것이 바람직하다.
(⁴) 항복 조임 축력, 항복 조임 토크 및 극한 조임 축력을 구하는 경우는 Lt ≥ 6 P
(P 는 나사의 피치)로 하는 것이 바람직하다.

4. 공시체

4.1 볼트·너트 기준 자리 면판의 세트 (공시체 A)

공시체 A 는 실용하는 볼트·너트 그 자체에 대하여 자리면의 상태를 통일시켜 조임 특성치를 조사하기 위하여 하는 시험에 사용하는 것이며, 시험 하고자 하는 볼트·너트와 4.3.1에서 규정한 기준 자리면판을 세트로 한 것이다.

4.2 볼트·너트 실룡 자리 면판의 세트 (공시체 B)

공시체 B 는 실용하는 볼트·너트 및 와셔(⁵) 와 실제로 조여지는 부재를 조합한 것에 대하여 조임 특성치르르 조사하기 위하여 하는 시험에 사용하는 것으로, 시험하고자 하는 볼트·너트 및 와셔(⁵)와 4.3.2에서 규정하는 실용 자리면판을 세트로 한 것이다.

주 (⁵) 와셔의 유무는 실제 사용상태에 따른다.

4.3 자리면 판

4.3.1 기준 자리면 판

공시체 A 에 사용하는 기준 자리면판의 시방은 그림 2에 따른다.

4.3.2 실용 자리면 판

공시체 B 에 사용하는 실용 자리면판은 실제로 조여지는 피체결 부재와 동등한 요건 (⁶) 을 구비한 것으로 하고, 그 모양·치수에 대하여 특별한 지정이 없는 경우에는 그림 2 에 따른다.

또한 실용 상태에서의 조임 특성치를 보다 정확하게 구하려면 실제의 피체결체 부재에서 자리면이 닿는 부분을 잘라내서 자리면판을 제작하는 것이 좋다.

주 (⁶) 요건에는 재료, 가공조건, 경도, 표면 거칠기, 표면처리 등을 포함한다.

5. 시험

시험조건은 다음에 따른다.

1. 4.1 및 4.2 의 공시체는 특별한 이유가 없는 한, 사용하지 않는 것을 사용하며 원칙적으로 재사용하지 않는다.
   반복하여 사용한 조임 특성치를 구하는 시험인 경우에는 개개 공시체의 전력을 명확히 하여야 한다.
2. 볼트 머리부 또는 너트 중의 한 쪽을 회전하지 않도록 시험 장치에 부착하고 다른 쪽에 조임 토크를 가한다.
   그 때, 자리면판은 피체결 부재의 일부로 간주하고 같이 회전하지 않도록 시험장치 몸체에 고정하여야 한다.
   머리부 또는 너트의 자리면 판 사이에 와셔를 넣고 시험할 경우에는 와셔를 고의로 고정하여서는 안 된다.
3. 시험은 볼트, 너트 및p판의 시방, 시험 장치의 시방, 공시체의 세트 상태, 윤활 조건, 조임 회전 속도 및 시험 환경을 명확히 해야 한다. [7.(1)~(10) 참조]

6. 조임 특성치를 구하는 방법

6.1 토크 계수를 구하는 방법

토크 계수를 구하는 방법은 다음과 같다.

1. 볼트의 규정 항복점 또는 규격 내구력에 대응하는 볼트 축력(⁷)의 50~80% 범위에서의 임의의 1 점에서 조임 축력과 조임 토크(⁸)의 값을 측정한다.
   다만, 조임 축력의 값의 범위 및 측정범의 수가 별도로 정해져 있는 경우에는 그 규정에 따른다.
   주 (⁷) 강제 볼트의 경우에는 KS B 0233 (강제 볼트 s은 나사의 기계적 성질) 에서 강도 구분별로 규정하는 항복점 또는 내구력의 최소치에 KS B 0249 (나사의 유효 단면적 및 자리면의 부하 면적)에서 규정하는 유효 단면적을 곱한 값으로 한다.
   (⁸) 나사부 토크 및 자리면 토크를 측정하고 그 합계를 조임 토크의 값으로 한다.
2. (1)에서 규정하는 방법에 따라 측정한 조임 축력 Ff 및 조임 토크 Tf 의 값을 식(1)에 대입하여 구한 계산치 (측정점이 2점 이상인 경우에는 계산치의 평균치)를 그 공시체의 토크 계수 K 로 한다.

6.2 나사면 마찰 계수를 구하는 방법

나사면 마찰 계수를 구하는 방법은 다음과 같다.

1. 볼트의 규격 항복점 또는 규격 내구력에 대응하는 볼트 축력(⁷)의 50~80% 범위에서의 임의의 1 점에서 조임 축력과 조임 토크(⁹)의 값을 측정한다.
   다만, 조임 축력의 값의 범위 및 측정범의 수가 별도로 정해져 있는 경우에는 그 규정에 따른다. 주 (⁹) 조임 토크 및 자리면 토크를 측정하고 그 차를 나사부 토크 값으로 하여도 좋다.
2. 1) 에서 규정하는 방법에 따라 측정한 조임 축력 Ff 및 나사부 토크 Ts 의 값을 식(2)에 대입하여 구한 계산치 (측정점이 2 점 이상인 경우에는 계산치의 평균치)를 그 공시체의 나사면 마찰 계수 μ라한다.
   $$\mu_s = \frac{2 T_s \cos \alpha'}{d_2 \cdot F_f} - \cos \alpha' \tan \beta \qquad ......(2)$$

6.3 자리면 마찰 계수를 구하는 방법

자리면 마찰 계수를 구하는 방법은 다음에 따른다.

1. 볼트의 규격 항복점 또는 규격 내구력에 대응하는 볼트 축력(⁷)의 50~80% 범위에서의 임의의 1점에서 조임 축력과 조임 토크(¹⁰)의 값을 측정한다.
   다만, 조임 축력의 값의 범위 및 측정범의 수가 별도로 정해져 있는 경우에는 그 규정에 따른다.
주 (¹⁰) 조임 토크 및 나사부 토크를 측정하고 그 차를 자리면 토크 값으로 하여도 좋다.
2. (1)에서 규정하는 방법에 따라 측정한 조임 축력 Ff 및 나사부 토크 Tw 의 값을 식(3)에 대입하여 구한 계산치 (측정점이 2 점 이상인 경우에는 계산치의 평균치)를 그 공시체의 자리면 마찰 계수 μw라한다.
$$\mu_w = \frac{2 T_w}{D_w \cdot F_f} \qquad......(3)$$

여기서 Dw 는 자리면에서의 마찰 토크릐 등가 지름이며 접촉하는 자리면이 둥근고리 모양인

6.4 항복 조임 축력을 구하는 방법

항복 조임 축력을 구하는 방법은 다음에 따른다.

1. 그림 3 에 표시하는 조임회전각과 조임 축력을 기록한다.
2. 그림 3.(a) 와 같이 곡선의 기울기가 급변하는 경우에는 그 점의 축력값을 항복 조임 축력 Ffy 로 한다.
3. 그림 3.(b) 와 같이 완만하게 변화하는 경우에는 조임 회전각과 조임 축력이 거의 비례하는 부분에 직선을 대어 맞추고 이것과 극한 조임축력의 점 (6.6 참조) 에서 수평으로 늘인 직선과의 교점의 조임 회전각에 대응하는 축력의 값을 항복 조임 축력 Ffy 으로 한다.

6.5 항복 조임 토크를 구하는 방법

항복 조임 토크를 구하는 방법은 다음에 따른다.

1. 그림 3 과 같은 조임 회전각과 조임 축력조임토크의 관계곡선을 기록한다.
2. 6.4에서 규정한 방법에의하여 항복 조임 축력을 구하고, 그때의 조임 회전각에서의 조임 토크값을 항복 조임토크 Tfy로 한다.

6.6 극한 조임 출력을 구하는 방법

조임 시험에서 볼트가 파단될 까지에 발생한 최대의 조임 축력을 조임 회전각과 조임 축력의 관계곡선(¹¹)으로 부터 읽고 그 값을 극한 조임 축력 Ffu 로 한다. (그림 3 참조)

주(¹¹) 극한 조임 축력만을 구하는 경우에는 조임 출력만의 연속된 기록이라도 좋다.

7. 시험 결과의 보고

7.1. 공시체의 구분

• 공시체 A 인가 공시체 B 인가의 구분. 공시체 B 에 대하여는 와셔의 유무 및 삽입 위치를 기재한다.

7.2. 볼트의 시방
공시 볼트에 대하여 다음의 것을 기재한다.

• (a) 볼트의 종류 및 요목 (종류, 부품 등급, 머리부의 모양, 나사의 호칭, 호칭 길이, 나사부 길이 등)
• (b) 재료 및 제조 방법 (재료, 열처리, 나사부의 가공방법 등)
• (c) 표면 상태 (자리면의 표면 거칠기, 표면처리의 유무와 그 종류)
• (d) 기계적 성질 (강도 구분, 실측한 인장 강도, 항복점 또는 내구력, 경도 등)

7.3. 너트 시방
공시 너트에 대하여 다음의 것을 기재한다.

• (a) 너트의 종류 및 요목 (종류, 형식, 모양, 부품 등급, 나사의 호칭, 높이 등)
• (b) 재료 및 제조 방법 (재료, 열처리, 나사부의 가공 방법 등)
• (c) 표면 상태 (표면 거칠기, 표면처리의 유무와 그 종류 등)
• (d) 기계적 성질 (경도 구분, 경도의 실적치 등)

7.4. 와셔의 시방
공시체 B 에서 와셔를 사용한 경우에는 그 와셔에 대하여 다음의 것을 기재한다.

• (a) 와셔의 종류 및 요목 (종류, 모양, 안지름, 바깥지름, 두께 등)
• (b) 재료 및 제조 방법 (재료, 열처리, 자리면 가공 방법 등)
• (c) 표면 상태 (표면 거칠기, 표면처리의 유무와 그 종류 등)
• (d) 기계적 성질 (경도 구분, 경도의 실적치 등)

7.5. 자리면판의 시방

• (a) 모양 및 치수
• (b) 재료 및 제조 방법 (재료, 열처리, 자리면 가공 방법 등)
• (c) 표면 상태 (표면 거칠기, 표면처리의 유무와 그 종류 등)
• (d) 기계적 성질 (경도의 실적치 등)

7.6. 시험 장치의 시방

• (a) 장치의 형식 및 용량 (축력, 토크의 검출 방법 및 그 최대 용량, 조임 회전 속도의 범위)
• (b) 구동방법 (자동, 수동의 구별)
• (c) 기록의 형식 (연속기록, 지시계 판독의 구별)

7.7. 공시체의 세트 형식

• (a) 볼트·너트의 자리면간 거리
• (b) 볼트·너트의 자리면간 완전 나사의 길이
• (c) 볼트구동·너트 구동의 구분

7.8. 공시체의 윤활
공시체의 윤활에 대하여 다음의 것을 기재한다.

• (a) 윤활제의 종류 및 상품명
• (b) 윤활제의 도포 방법 (전처리, 도포 위치 등)

7.9. 조임 회전속도

7.10. 시험의 환경

• 기온, 습도 등을 기재한다.

7.11. 시험 결과

• 공시체의 조임 특성치, 특성치의 분포 등을 기재한다.

7.12. 시험의 생데이터

• 공시체의 조임 특성 곡선, 특성치의 히스토그램 등을 필요에 따라 첨부한다.

7.13. 기타

• 특성치를 구하기 위하여 별도로 규정된 조임 축력의 범위 및 측정 점의 수, 동일 공시체에서 시험 횟수 (조임 전력), 시험 장소 등을 기재한다.