볼트는 원통형 몸체 바깥에 나사산이 있는 기계 고정 장치다. 일반적으로 나사산을 너트와 맞물려 연결 부품을 고정하며, 나사산과 너트 사이의 마찰이 체결에 관여한다.[6]
1. 개요
2. 구조와 체결 원리
볼트 머리는 조립 도구가 힘을 가하는 부분이고, 몸체의 나사산은 너트와 맞물리는 부분이다. 나사산과 너트의 결합으로 부품을 고정하므로, 체결한 연결은 필요에 따라 조립하고 분해할 수 있다.[6]
평면 구조 부재를 잇는 포획 볼트 구조에서는 한 부재의 슬롯이 볼트 머리를 붙잡고, 볼트의 나사 축은 다른 부재의 구멍을 지나 돌출된다. 이는 볼트 머리가 슬롯 안에서 움직이지 않도록 한 채 두 구조 부재를 연결하는 사례다.[4]
볼트의 체결력에는 나사산 접촉면에서 생기는 마찰이 관여한다. 체결 과정의 거동은 축력과 마찰 토크가 함께 작용하는 방식으로 설명되며, 소성역 체결에서는 이 두 요소가 항복과도 관련된다.[5][6]
3. 체결력과 소성역 체결
볼트를 소성역까지 조이면 볼트에 생기는 축방향 인장응력과 너트 나사산 접촉면의 마찰 토크에 따른 전단응력이 함께 항복에 영향을 준다. 연구는 최소 단면인 나사부 가운데 너트와 맞물리지 않은 부분에서 먼저 항복이 시작된다고 설명한다.[5]
해당 연구는 항복이 최소 단면의 원통 표면에서 시작되고, 체결이 진행되면서 얇은 원통 구간이 순차적으로 항복하는 것으로 모델링했다. 이때 각 구간을 항복시키는 데 필요한 축력과 토크를 합산해 체결 종료 시의 볼트 축력과 나사면 마찰 토크를 구했다.[5]
계산과 실험에는 M10미터 가는 나사가 사용됐다. 연구는 마찰계수 변화에 따른 축력과 마찰 토크의 관계를 제시했으며, 윤활이나 표면 처리 등 현장 조건에 따라 달라지는 마찰계수를 다루기 위한 설계 보조 선도도 제안했다.[5]
4. 볼트의 종류와 재료
볼트는 머리 형태에 따라 육각 머리, 육각 소켓 머리, 사각 목 둥근 머리, 망치 머리, 카운터싱크 머리 등으로 구분할 수 있다. 몸체의 나사산은 전체 길이에 있거나 일부 길이에만 있을 수 있다.[6]
자료에는 탄소강과 스테인리스강이 볼트의 주요 재료로 소개되어 있으며, 스테인리스강의 등급 사례로 201·304·316이 언급된다. 이들 재료와 등급의 구체적인 성능 차이를 설명하는 근거는 제공된 자료에 포함되어 있지 않다.[6]
특수한 구조로는 절연 볼트가 있다. 관련 특허는 연결 부재 사이의 이종 금속으로 인한 부식 전류를 절연하거나, 도전성 배관의 누전을 막는 체결 구조를 다룬다.[2]
5. 특수 구조와 기능
6. 관련 문서
- 너트
- 나사산
- 체결력
- 마찰계수
- 절연 볼트
- 폭발 볼트