나사의 조임토크 결정

나사의 조임토크 결정 (Tightening torque) 예시
※본 토크값의 예시는 주로 사용하는 값의 예시에 대한 안내일 뿐이며, 본 내용을 기준으로설계에 적용하여 발생하는 결과에 대해 저희 화인드아이는 일체의 책임이 없습니다.   나사의 사용에 있어 결정해야 할 요소중 가장 중요한 것 중의 하나가 나사의 조임토크의 결정이다. 나사의 조임방법에는 '토크값 제어방식'과 '조임각도 제어방식'의 두 가지가 있다. 우선 가장 널리 사용되고 있는 "토크 값 제어방식"에서 조임 토크 값의 결정방법에 대해 알아 본다. (조임각도 제어방식은 나사의 조임방법(Tightening method) 예시 참조바람)토크값 제어 방식이란 토크 렌치(torque wrench)를 이용하여 나사를 조이는 일반적인 방식이다. 즉, 조임토크값의 최대, 최소값을 결정하여 토크렌치로 조이는 방식을 말한다. 각 나사의 최대 조임토크값은 머리형상, 표면처리사양, 나사에 오일의 도포 유무등에 따라 계속 달라 지므로 이의 정확한 설정은 나사의 사양별로 제조 업체로부터 정보를 입수하는 것이 바람직하다. 특히 머리 모양이 특수한 경우 육각머리에 비해 최대 조임토크 값이 현격하게 적어지는 경우가 많으므로 제조 업체에 반드시 확인 후 사용하는 것이 바람직하다. ※여기서는 가장 많이 사용되는 육각머리 볼트(보통나사)의 조임토크 결정에 대해 알아 본다. 조임토크의 결졍을 위한 절차   조임토크의 결정을 위해서는 다음과 같은 절차를 밟아야 한다.   1. 사용부위에 필요한 체결력을 결정하고, 그 체결력에 만족하는 나사의 크기(호칭경),         강도 및 나사 수를 결정한다.   체결력은 "보통나사의 최대 체결력 및 최대 조임토크표"에서 구할 수 있으며, 이 값은 한 개의 나사가 견딜 수 있는 값을 나타 내고 있으므로, 여러 개의 나사를 사용할 경우에는 총 필요한 체결력을 나사의 수로 나누어 한 개의 나사에 필요한 체결력을 결정하고 그 값에 합당한 호칭경 및 강도 등급을 표에서 결정한다.   2. 나사의 표면처리 사양에 따라 적절한 마찰계수를 선정한다.          아연도금한 나사의 마찰계수 : 0.125 나사의 마찰계수는 사용되는 너트나 암나사의 가공정밀도, 끼워맞춤 공차, 표면처리사양, 오일 도포유무 등에 따라 달라진다. 따라서, 정확한 값을 알고자 할 경우에는 제조업체에 의뢰하여 시험을 통해 마찰계수를 찾을 수 있다. 그러나, 항상 나사 사양을 결정할 때마다 그 값을 시험을 통해 구한 다는 것은 매우 불편한 일이므로 일반적으로 많이 사용되는 사양에 대해서는 업체에서 제시된 표 값을 이용하는 것이 편리하다. 그러나 업체에서 제시한 표를 보면그 값의 범위가 매우 커서 사용하기에 오히려 불편할 수 있으므로 아주 중요한 부위에 사용되는 볼트가 아니라면 간략한 예시를 사용하는 것이 편리하다   3. 아래에 제시한 표에서 나사의 호칭경을 찾아 특정 호칭경에서 적정한 마찰계수와  강도등급란이 교차되는 지점의 값을 읽으면 이 값이 최대 조임토크 값이 된다.   나사의 최대 체결력은 일반적으로 다음의 식으로 구할 수 있다.   Ff = As x 0.7 x Fy As = 볼트의 유효 단면적(mm2) Fy = 볼트의 항복점(N)     ※다음 표는 업체에서 제공한 값으로 복잡한 식으로 계산하지 않아도 간편하게 이용할 수 있다.
	【 보통나사의 최대 체결력 및 최대 조임토크표 】 호 칭 경 마찰 계수 최대 체결력(N) 최대 조임토크(N.m) ISO 898 /1  에 의한 나사 등급 ISO 898 /1  에 의한 나사 등급 3.6 4.6 5.6 4.8 5.8 8.8 10.9 12.9 3.6 4.6 5.6 4.8 5.8 8.8 10.9 12.9 M1.6 0.100 185 200 250 330 575 810 970 0.045 0.05 0.065 0.085 0.15 0.21 0.25 0.125 175 190 240 310 545 770 920 0.05 0.055 0.075 0.095 0.17 0.24 0.29 0.140 165 180 230 300 530 745 895 0.065 0.06 0.08 0.10 0.18 0.25 0.30 M1.8 0.100 220 230 295 380 680 955 1150 0.055 0.06 0.08 0.10 0.185 0.26 0.32 0.125 205 220 280 360 645 905 1090 0.065 0.70 0.095 0.115 0.21 0.30 0.36 0.140 200 215 275 350 625 880 1050 0.7 0.75 0.10 0.125 0.23 0.32 0.38 M2 0.100 310 335 420 540 960 1350 1620 0.095 0.105 0.135 0.17 0.31 0.44 0.52 0.125 295 320 400 520 910 1280 1530 0.115 0.12 0.155 0.19 0.35 0.50 0.60 0.140 285 305 385 500 880 1240 1490 0.12 0.13 0.165 0.215 0.38 0.53 0.64 M2.5 0.100 515 560 700 910 1600 2250 2700 0.20 0.21 0.28 0.36 0.63 0.89 1.07 0.125 490 530 665 860 1520 2140 2560 0.23 0.25 0.32 0.39 0.73 1.02 1.23 0.140 475 510 645 830 1470 2070 2480 0.25 0.27 0.34 0.43 0.78 1.09 1.31 M3 0.100 790 855 1070 1390 2440 3430 4120 0.35 0.38 0.49 0.63 1.11 1.57 1.88 0.125 770 815 1020 1320 2320 3270 3920 0.42 0.44 0.56 0.72 1.28 1.80 2.15 0.140 730 785 985 1280 2250 3170 3800 0.44 0.47 0.60 0.78 1.37 1.92 2.30 M3.5 0.100 1050 1140 1430 1850 3270 4600 5520 0.54 0.59 0.75 0.96 1.71 2.40 2.90 0.125 1000 1080 1360 1760 3120 4380 5260 0.63 0.68 0.86 1.10 1.96 2.75 3.30 0.140 970 1050 1320 1710 3020 4250 5100 0.67 0.73 0.92 1.19 2.10 2.95 3.95 M4 0.100 1370 1480 1850 2400 4230 5950 7140 0.82 0.88 1.12 1.44 2.55 3.60 4.30 0.125 1300 1400 1760 2280 4020 5660 6790 0.94 1.02 1.28 1.66 2.90 4.10 4.95 0.140 1260 1360 1710 2220 3900 5480 6580 1.00 1.08 1.37 1.77 3.10 4.40 5.25 M5 0.100 2250 2410 3020 3920 6910 9720 11650 1.60 1.70 2.20 2.80 5.0 7.05 8.45 0.125 2140 2300 2880 3740 6580 9260 11100 1.80 2.00 2.50 3.20 5.75 8.10 9.70 0.140 2000 2230 2790 3620 6380 8980 10800 1.90 2.10 2.70 3.40 6.15 8.65 10.4 M6 0.100 3200 3400 4270 5550 9760 13700 16450 2.8 3.0 3.8 4.8 8.6 12 14.5 0.125 3050 3240 4060 5270 9290 13050 15650 3.2 3.4 4.3 5.6 9.9 14 16.5 0.140 2960 3150 3940 5120 9010 12650 15200 3.5 3.7 4.6 6 10.5 15 18 M8 0.100 5870 6260 7830 10170 17900 25200 30200 6.8 7.2 9.1 11.7 21 29 35 0.125 5590 5960 7460 9690 17050 24000 28800 7.9 8.3 10.5 13.6 24 34 40 0.140 5420 5780 7230 9390 16550 23200 27900 8.4 8.9 11 14.5 26 36 43 M10 0.100 9350 9960 12450 16180 28500 40100 48100 13.5 14.4 18 23.4 42 58 70 0.125 8900 9480 11850 15400 27100 38200 45800 15.5 16.6 21 27 48 67 81 0.140 8640 9200 11500 14900 26300 37000 44400 17 18 22 29 51 72 87 M12 0.100 13600 14520 18150 23500 41500 58400 70000 24 25 31 41 72 101 121 0.125 13000 13840 17300 22400 39600 55600 66800 27 29 36 47 83 117 140 0.140 12600 13400 16800 21800 38400 54000 64800 29 31 39 50 89 125 150 M14 0.100 18700 19900 24900 32300 57000 80100 96200 37 40 50 47 114 160 193 0.125 17800 19000 23800 30900 54300 76400 91700 43 46 58 74 132 185 220 0.140 17300 18400 23100 30000 52700 74100 89000 46 50 62 81 141 198 240 M16 0.100 25700 27400 34300 44500 78300 110000 132000 57 60 76 98 174 245 295 0.125 24500 26100 32700 42500 74700 105000 126000 66 70 88 115 200 385 340 0.140 23800 25300 31700 41200 72600 102000 122500 71 76 95 124 215 305 365 M18 0.100 31300 33300 41700 54200 95300 134000 161000 79 83 105 135 240 340 405 0.125 29800 31700 39700 51600 90900 128000 153500 91 95 121 155 275 390 470 0.140 28900 30800 38600 50100 88200 124000 149000 97 105 130 171 295 420 500 M20 0.100 40200 42800 53500 69500 122500 172000 206000 111 120 148 195 340 475 570 0.125 38300 40800 51100 66400 117000 164000 197000 128 135 170 219 390 550 660 0.140 37200 39600 49600 64200 113500 159000 191500 138 146 184 238 420 590 710 M22 0.100 50100 53400 66800 86800 153000 215000 258000 149 160 199 260 455 640 765 0.125 47900 51000 63800 82900 146000 205000 246000 173 183 230 298 530 745 890 0.140 46500 49600 62000 80600 142000 199500 239500 186 198 250 322 570 800 960 M24 0.100 57800 61600 77100 100200 176000 248000 297000 191 203 255 330 580 820 980 0.125 55200 58800 73600 95680 168000 236000 284000 220 235 295 382 675 950 1140 0.140 53600 57100 71400 92800 163500 230000 276500 235 251 315 408 725 1020 1220 M27 0.100 76000 81200 101500 131900 232000 326000 391000 280 300 375 488 855 1210 1450 0.125 72600 77400 96800 125800 221000 311000 374000 325 348 435 566 995 1400 1680 0.140 70600 75200 94100 122300 215000 302000 363000 350 376 470 610 1070 1510 1810 M30 0.100 92500 98800 123500 160500 282000 396000 475000 380 405 510 658 1160 1640 1970 0.125 88300 94000 117500 162700 269000 378000 454000 445 470 590 763 1350 1900 2280 0.140 85700 91600 114500 148800 261000 367000 441000 475 504 635 818 1450 2050 2450 M33 0.100 115000 122800 153500 199500 351000 494000 592000 515 552 690 898 1570 2210 2650 0.125 110000 117200 146500 190400 335000 472000 566000 600 645 800 1045 1380 2580 3090 0.140 107000 114000 142500 185200 326000 458000 550000 645 685 865 1110 1970 2770 3330 M36 0.100 135000 144000 180000 234000 412000 579000 695000 665 705 885 1145 2030 2850 3420 0.125 129000 137600 172000 223600 394000 553000 664000 775 825 1030 1340 2360 3310 3980 0.140 125500 134000 167500 217700 382000 538000 645000 830 885 1111 1435 2530 3560 4280 M39 0.100 162500 173500 217000 282100 495000 696000 835000 860 920 1150 1495 2620 3680 4420 0.125 155000 165600 207000 269100 473000 665000 798000 1000 1075 1340 1750 3050 4290 5150 0.140 151000 160800 201000 261300 460000 646000 776000 1080 1155 1440 1880 3290 4620 5550
최대 체결력은 항복강도의 90%값을 예시한 것이며, 조임 토크값도 이때의 값을 표시한 것이다. 따라서 나사의 안전율을 감안 할 경우 안전율 만큼 최대 체결력 값을 줄여 잡아야 한다.   4. 토크렌치의 허용공차에 따른 토크값 보정   일반적으로 모든 계측기는 공차값을 갖고 있으며, 이 공차값을 고려하지 않으면 게이지의 눈금으로는 정확히 조여 줄지라도 실제로는 최대허용 토크를 넘어 무리하게 조여질 수 있으며 이는 새로운 문제점을 일으킬 수 있다. 사용 토크값 = 최대토크값-토크렌치의 공차값 계산 예) 만일 토크렌치의 허용공차가 ±10%라고 가정하고, 호칭경 M8x1.25, 강도등급 8.8에 아연도금한 나사의 경우 최대 조임 토크값 = 24.N.m(표참조) 사용 최대 토크값 = 24 x (1-0.1) = 21.6N.m   5. 생산 가능한 토크값의 범위 설정   현장에서 작업을 위해서는 모든 규제치에 공차가 주어져야 한다. 이 값은 작업자의 숙련도, 작업시간 사용 공구의 정밀도, 편리성 등에 따라 달라지므로 현장의 형편을 고려하여 결정하여야 한다. 예를 들어, 너트런너 등의 전문 장비를 사용할 경우는 ±3N.m 정도이면 충분하지만, 토크렌치등을 사용할 경우는 이보다 커야 할 것이다. 계산 예) 만일 토크렌치를 사용하고 공차를 ±3N.m로 결정한다면, 작업 토크값 = 21.6 - 3 = 18.6N.m± 3N.m   6. 생산 가능한 최소 토크값에 대한 체결력의 적정성 검토   현장의 여건을 감안한 토크값을 결정한 후에 최소값에 대한 체결력을 검토해서 그 값이 필요한 체결력을 상회해야 한다.만일 이 값이 너무 작아 체결력에 문제가 될 경우에는 나사의 호칭경을 한 치수 큰 것으로 바꾸거나 강도 등급을 한등급 높은 것으로 바꾸어서 위의 계산 과정을 반복해야 한다. 계산 예) 작업 최소 토크 값 = 18.6 -3 = 15.6N.m 최대 토크값 24N.m 일때 최대 체결력은 17050N이므로 최소 체결력 = 1750 x 15.6 / 24 = 11082.5N 만일 11082.5N이 충분한 체결력이라면조임토크를 18.6 ±3N.m으로 확정한다.     참고 1. 현장에서의 품질관리   작업이 끝난 후에 품질관리 요원이 작업이 제대로 되었는지 확인하는 작업을 할 경우 한계 토크렌치 (특정값이 되면 딸깍 소리와 함께 헛돌게 되어 있는 형태의 토크렌치)를 많이 사용하게 된다. 이때도 토크렌치의 공차 한계를 감안하여 최소 토크값인 15.6에 공차값을 더한 값으로 토크 렌치 값을 세팅하여 사용하면 된다. 일반적으로 작업이 정상적으로 이루어 질 경우는 과도하게 조여지는 경우는 거의 없으며 필요값 보다 덜 조여 지는 경우가 많으므로 검수는 최소값 만을 검사 하는 경우가 합리적이기 때문이다.   참고 2. 토크렌치가 인치계인 경우의 환산   현장의 공구가 인치계인 경우는 ft.lb(foot pound)로 눈금이 표시되므로 위에서 계산된 N.m값을 환산해 주어야 한다.환산은 ft.lb = N.m x 0.7376 의 식으로 구할 수 있다.   계산 예) 위에서 얻어진 18.6 ±3 N.m를 인치계의 값으로 변환하면   18.6 x 0.7376 = 13.7194 3 x 0.7376 = 2.2128 즉, 13.72 ± 2.21ft.lb가 된다.
	※세목 나사의 경우도 위와 동일한 절차를 밟아 계산해야 한다. 단 최대 체결력 및 최대조임토크표는    아래에 주어진 표를 사용한다.
	【 세목나사의 최대 체결력 및 최대 조임토크표 】 나사사양 마찰계수 최대 체결력(N) 최대 조임토크(N.m) ISO 898 /1  에 의한 나사 등급 ISO 898 /1  에 의한 나사 등급 8.8 10.9 12.9 8.8 10.9 12.9 M8x1.0 0.100 19500 27500 33000 22 30 36 0.125 18600 26200 31500 25 35 42 0.140 18100 25500 30600 27 38 45 M10x1.25 0.100 30500 42900 51500 42 59 71 0.125 29100 40900 49100 49 68 82 0.140 28300 39800 47700 52 73 88 M12x1.25 0.100 46600 65500 78500 76 105 130 0.125 44600 62500 75000 88 125 150 0.140 43300 61000 73000 95 135 160 M14x1.5 0.00 63000 88500 106000 120 165 200 0.125 60500 85000 102000 140 195 235 0.140 58500 82500 99000 150 210 250 M16x1.5 0.100 85000 120000 144000 180 250 300 0.125 81500 114000 137000 210 295 350 0.140 79000 111000 133000 225 315 380 M18x1.5 0.100 111000 156000 187000 260 365 435 0.125 106000 149000 179000 305 425 510 0.140 103000 145000 174000 325 460 550 M20x1.5 0.100 140000 197000 236000 360 510 610 0.125 134000 189000 226000 425 600 720 0.140 130000 183000 220000 460 640 770 M22x1.5 0.100 172000 242000 291000 480 680 810 0.125 165000 234000 279000 570 800 960 0.140 161000 226000 271000 610 860 1050 M24x2 0.100 197000 277000 332000 610 860 1050 0.125 188000 265000 318000 720 1000 1200 0.140 183000 257000 309000 780 1100 1300
	최대 체결력은 항복강도의 90%값을 예시한 것이며, 조임 토크값도 이때의 값을 표시한 것이다.       따라서 나사의 안전율을 감안 할 경우 안전율 만큼 최대 체결력 값을 줄여 잡아야 한다.