메커니즘: 나사산

가장 섬세한 시계부터 가장 큰 브리지까지 모든 것을 하나로 묶어줍니다. 세상은 문자 그대로 나사와 볼트로 인해 분리되는 것을 방지하고 있지만, 우리는 이러한 메커니즘에 대해 자주 생각하지 않습니다. 그 중 일부는 아마도 우리가 나사를 만드는 데 너무 능숙해서 값싼 상품으로 여겨지기 때문일 것입니다. 그러나 나사산 뒤에 숨은 물리학과 공학은 흥미로운 것입니다.

우리 모두는 모든 메커니즘의 기본 구성 요소가 설명된 초기 과학 수업을 기억할 것입니다. 단순기계는 경사면, 지렛대, 도르래 등 가해진 힘을 사용하여 작업을 수행하는 기계입니다. 예를 들어, 쪼개지는 쐐기 형태의 경사면은 평평한 면에 대한 타격력을 나무 덩어리로 전달하여 나무를 분리시킵니다.

나사산은 또 다른 간단한 기계이며 원통을 감싸는 길고 완만하게 경사진 경사면으로 생각할 수 있습니다. 종이에서 긴 직각 삼각형을 잘라서 큰 끝부터 연필 주위로 감싸면 빗변이 실처럼 보이는 나선형 경사로를 형성합니다. 물론 나사산이 어떤 일을 하기 위해서는 종이 한 장의 두께보다 더 튀어나와야 하며, 돌기의 형태에 따라 나사의 기계적 성질이 결정됩니다.

가장 일반적인 나사산 프로파일은 나사산의 반대면이 60°의 각도를 이루는 단순한 V 나사산입니다. 이 스레드 각도는 효율성, 마모율, 강도 및 가장 중요한 스레드 마찰의 균형을 맞추는 절충안입니다. 피치 또는 단위 길이당 나사산 수와 함께 나사산 마찰은 대부분의 나사산의 자동 잠금 또는 "비정비" 특성에 영향을 미칩니다. 자동 잠금 나사산은 회전력을 축방향 힘으로 쉽게 변환하지만 그 반대는 불가능합니다. 이 속성이 작동하는 모습은 쉽게 볼 수 있습니다. 손가락으로 압력을 가하면 너트가 나사에서 쉽게 회전하지만 나사의 장축을 따라 너트를 최대한 세게 누르면 나사가 회전하지 않습니다. 자동 잠금 기능은 나사 잭과 같은 도구가 하중을 받을 때 풀리는 것을 방지합니다.

다양한 하중에서 더 나은 성능을 위해 나사산 프로파일을 표준 V 프로파일에서 수정할 수 있습니다. 29°의 끼인 각도를 형성하는 면과 크고 편평한 꼭대기 및 뿌리를 갖는 사다리꼴 모양인 Acme 프로파일은 바이스 및 클램프와 같은 고하중 응용 분야에 특히 적합합니다. DVD 플레이어에서 CNC 기계에 이르기까지 모든 장치에 사용되는 선형 액추에이터에 사용되는 리드 나사에서도 발견됩니다. Acme 프로파일은 분할 너트와 잘 작동하기 때문에 대부분의 금속 선반의 리드 나사에서도 발견됩니다. 분할 너트는 말 그대로 세로로 분할되어 리드 나사 주위에서 열고 닫을 수 있는 내부 스레드 요소입니다. 이는 나사 절단 작업이 시작될 때 분할 너트가 리드 나사 주변에서 닫히고 절단이 끝날 때 열리는 나사 절단 작업에 유리하게 사용되며, 반복 가능한 위치에서 공작물에 대한 절단 도구의 이동을 시작 및 중지합니다.

정밀 나사 및 소량 생산의 경우 절단 나사가 일반적입니다. 절단 나사는 나사 프로파일을 형성하기 위해 재료를 제거하여 회전하는 공작물에 대해 세로 방향으로 이동하는 나사 절단 도구를 사용하거나 탭(내부 나사용) 또는 다이(외부 나사용)를 사용하여 선반 또는 CNC 기계에서 생산됩니다. ).

그러나 실을 절단하는 작업은 시간이 많이 걸리기 때문에 대량 생산의 경우 일반적으로 수나사를 롤링 작업으로 형성합니다. 단조 블랭크는 한 쌍의 홈이 있는 다이 사이에 단단히 고정되어 있으며 그 중 하나는 고정되어 있습니다. 반대쪽 다이는 블랭크의 장축에 수직으로 이동하여 스레드 프로파일을 밀어 넣습니다. 블랭크에서 재료가 제거되지 않고 재료가 가공 경화되어 있기 때문에 압연 스레드가 절단 스레드보다 강할 수 있습니다. 압연 공정도 자동화 친화적이며 압연 기계는 분당 수천 개의 부품을 생산할 수 있습니다.

너트의 내부 나사산은 압연에 적합하지 않으므로 대부분의 대량 생산 너트는 열간 단조 공정으로 성형됩니다. 뜨거운 금속 슬러그는 헤드 프로파일을 형성하고 중앙 구멍을 뚫는 다이에 부딪칩니다. 나중에 냉각된 블랭크는 탭을 사용하여 내부 스레드를 절단하는 태핑 기계로 보내집니다.