볼트 강도 계산 (미터 보통나사)

미터 보통나사에 대한 강도 계산 하는 방법에 대해 설명하도록 하겠습니다. 일반 가정에서는 볼트에 대해 강도 계산 하실일이 없지만 산업현장에서는 쉽게 접할수있는것이 볼트 / 너트 이다보니 볼트의 강도 계산 방법에 대해 한번쯤은 보고 가시는것을 추천드립니다.

(아래 계산방법으로 다른 자재의 강도 계산도 함께 할수 있습니다)

 

1. 볼트 머리 부분에 표기된 양각/음각 (6.4 , 8.8, 10.9 ,12.9 등) 표기법의 이해

 1) 볼트는 각 나라별로 사용하는 재질이 다양하다보니 볼트의 인장강도 및 볼트의 항복강도로 볼트의 건정성을 규정하고 있습니다. 즉 어떠한 재질을 사용하던 사용자가 요구하는 인장/항복강도 값이 나와야 한다는 것입니다.

 2) 10.9 볼트를 예를 들면 앞에숫자 10이 의미하는 것은 인장값을 표기 한 것으로  1000 N/mm^2 을 의미 합니다. 뒷 숫자 9는 인장값의 90%를 표기한 것으로  900 N/mm^2을 의미하죠 (6.4 볼트는 인장값 600 , 항복값 240 입니다)

 3) 인장강도의 의미 : 소재가 인장강도 값을 넘어가게 되면 끊어지게 되는데 끊어지는 한계 값 입니다.

(N/mm^2 당 인장값 이므로 단위 주의)

 

2. 단위환산

 1) 설계 업무를 하지 않는 대부분의 사람들은 N (뉴턴) 의 단위가 생소하므로 kgf로 환산해서 이후 설명하도록 하겠습니다

 * 9.8 N/mm^2 = 1kgf/mm^2

   (9.80665 N /mm^2 이지만 소수점 백단위를 절삭했습니다 태클금지입니다)

 

3. 12.9 - M10 볼트 강도계산 (소수점 백단위는 제외 했습니다.)

 1) 허용인장(허용중량) = 볼트의 단면적 X 재료의 인장강도

   - 볼트의 단면적(유효경) = (9.026mm /2) x (9.026/2) x π (3.14) = 63.9mm^2

      ( π D² / 4 이렇게 계산하면 되지만 표기하기가 힘들어 반지름으로 계산)

   - 볼트의 인장강도 = 1200 N / mm^2 = 122.45 kgf/mm^2

 2) 허용인장(허용중량) = 63.9 mm^2 x 122.45 kgf/mm^2 = 7830.9 kgf

 

4. 결론 : 12.9 - M10 볼트 한개로 들수있는 중량은 7830 kg 입니다.

 

5. 안전율 : 안전율을 설계자에 따라 , 사용처에 따라 달라지게 되는데 저의 경우에는 아래와 같이 적용하고 있습니다. 안전율이 높으면 좋을꺼 같지만 자재손실이 많기때문에 적절한 설계가 필요합니다.

  - 단순 사용일경우 : 1.5배

  - 상/하 (진동없이) 움질일경우 : 3배

  - 진동이 있을경우 : 5배

  - 충격이 있을경우 : 12배

 

6. 참고 : 미터보통나사 규격표 (KS B 0201 , JIS B 0205)