더블 너트의 맞물려 조임 작업은 한계가 있다? 없다?

1. 시험 배경 목적

맞물려 조임으로 로킹 효과가 완전히 발휘되면, 더블 너트도 높은 풀림 방지 효과가 발휘될 수 있다는 것을 알 수 있었습니다.
아래의 링크를 확인하시면 더블 너트의 풀림 방지 효과를 확인하실 수 있습니다.
자료 : 더블 너트의 풀림 방지 특성과 고찰 (융커 시험)

그러나, 실제 작업 환경에서 맞물려 조임을 현실적으로 1명이서 할 수 있을까요? 아니면 다수의 인원이 필요할까요? 이번 시험에서는 사이즈UP을 했을 때 실제로 한명이서 체결을 할 수 있는지에 대한 여부와 과연 어느 정도의 사이즈까지 혼자서 체결이 가능한지를 확인해 보겠습니다.

2. 시험 조건

토크 :

* 융커 시험에서 결과가 좋았던 M12의 결과를 이용하여, M16의 토크도 같은 비율로 산출하였습니다.
* 기준 토크는 토크계수 0.1정도(윤활제 도포)에 있어서 M12 & M16 강도구분8.8 볼트 항복점 70%의 축력이 되는 값입니다.

체결 :

이 두 조건으로 작업현장에서 여러 토크계수가 존재할 것으로 보아 아래의 표 1과 같이 정리하였습니다.

시험진행요원 : 1명에서 체결을 실시하였으며, 진행요원의 신체조건은 신장 170cm에 체중 70kg입니다. *1
① 저 마찰용 윤활제(왁스형 윤활제, 이류화 몰리브덴 윤활제: 토크계수 0.1),
② 일반기계용 윤활제(스핀돌 유, 머신 유, 터빈 유, 실린더 유: 토크계수 0.2),
③ 윤활제 없음 (토크계수 0.25)

표 1.　남성 1명이 실시한 각 조건에서의 체결 토크와 체결 결과(N·m)

합격 : 1인 기준 맞물려 조임이 가능.
불합격 : 1인 기준 맞물려 조임이 불가능.
미실시 : 전 시험결과가 맞물려 조임이 불가능하여 불합격 되었으므로 미실시. (화살표 참조)
* : 하(下)너트를 고정한 채 상(上)너트를 규정의 토크대로 조일수 없었음.
** : 상(上)너트를 고정한 채 하(下)너트를 규정의 각도 대로 되돌릴 수 없었음.

3. 시험 결과

상(上)너트 정전법에서는 M12에 있어서 표1의 ①과 ②의 조건에서 체결이 가능하였으나, 윤활제를 사용하지 않는 ③의 조건에서는 하(下)너트를 고정하면서 상(上)너트를 체결할 수 없었습니다. M16에 있어서는 ①의 단계에서 상(上)너트를 체결할 수 없었습니다. 하(下)너트 역전법에서도 M12는 ①과 ②의 조건은 성공했지만, ③의 경우에서는 106N·m(114 N·m의 근사값)로 체결한 뒤, 맞물려 조임 할 시 상하(上下)너트를 106N·m로 조였기에 마찰력에 의해 되돌림 토크가 크게 작용되어 혼자만의 힘으로는 되돌리기 어려웠습니다. 체결 각도의 반각까지 돌릴 수가 없었으므로 불합격되었습니다.
불합격되는 이유는 대형 토크 렌치를 양손에 잡고 한손으로 되돌려야 하는데 잡고 되돌리기에는 힘이 부족하며 더 긴 토크 렌치를 사용하기에는 양팔을 넓게 뻗어서 사용하여도 닿지 않는 거리였습니다.

M12 기준 일반적으로 한 손을 사용하는 토크 렌치의 길이는 20㎝인 것을 가정할 때 체중 70kg의 성인 남성이 낼 수 있는 힘은 토크 렌치 길이에 체중을 곱한 20 × 70 = 1400 [kgf·cm] ≒ 140[N·m]정도가 한계입니다.

즉, 혼자서 맞물려 조임을 위한 로킹 체결은 M12의 경우 윤활제를 바르는 것만이 가능하고, 그 이상의 사이즈에 대해서는 굉장히 어렵다는 것을 알 수 있었습니다. 완전한 로킹 효과가 발휘되기 위해서는 길이가 긴 특수 토크 렌치와 혼자가 아닌 2명 이상의 작업자가 필요합니다.

그림 1. 더블 너트의 맞물림 체결(앞면)

그림 2. 더블 너트의 맞물림 체결(윗면)

4. 정리

이번 시험에서는 M12와 M16을 맞물려 조임에 의한 로킹 효과가 발휘되도록 상(上)너트 정전법과 하(下)너트 역전법을 시행하였습니다.

(1) 아무리 M12의 사이즈라도 토크 계수가 크게 측정될 시, 풀림 방지 기능을 발휘하는 맞물려 조임이 불가능하며, 체결되었다고 생각해도 실제로는 완전한 로킹 체결은 되지 않은 것으로 보여집니다.
(2) M16이사의 사이즈의 경우 체결 토크가 높은 관계로 1명이서 완전한 로킹 체결은 불가능하였습니다. 고로 풀림 방지 효과를 매번 발휘한 다라고 단정지을 수 없습니다.
(3) 또한 시중에서 판매하는 스패너를 사용하여 맞물려 조이기에는 M12라도 매우 어려웠습니다. 토크는 길이 × 힘이기에 맞물려 조임을 하기 위해서는 토크 렌치의 길이를 길게 할 필요가 있습니다.
(4) 1명으로 로킹 체결은 사실상 불가능하기에 2명이상이서 실시해야 합니다.