더블 너트는 풀림 방지 효과가 있다? 없다?

1. 특징

더블 너트는 2개의 육각너트를 이용하여 볼트에 접하는 나사산의 틈에 상하너트로 위아래로 잡아 당기는 텐션을 줌으로써 풀림방지기능을 발휘합니다. 이는 실제로 플랭크(볼트의 나사산의 경사면)면에 볼트와 너트의 나사산의 접합면의 형태가 상하로 무는 힘으로 전환 시켜야 가능합니다.
더블너트의 체결방법을 제대로 이해한다면, 이 형태로 체결이 가능하며, 너트 2개를 이용하여 가장 저가로 풀림방지 기능을 발휘 할수 있을 것입니다. 더블 너트의 풀림방지 기능을 발휘하는 체결방법에 대하여 소개하며, 그에 대한 문제점 혹은 과제에 대해서도 설명하겠습니다.

2. 풀림 방지를 위한 더블너트 체결 방법

더블 너트의 로킹 효과를 발휘하기 위해서는 최종적으로 체결 마지막에 맞물리게 조이는 방법을 취해야 합니다.
순서와 상관없이 마지막에 맞물려조임을 취하면 체결 작업자 기분상 꽉조이는 힘이 가해지며 제대로 조였다고 착각하는 경우가 있습니다.
허나, 융커식 나사 풀림 실험을 통해 실험 해본결과, 제대로 알고 체결순서를 지키며 조이는 방법을 취하지 않는한 풀림방지 기능을 발휘하지 않는다는 것을 알게되었습니다.
마지막 체결에 맞물려 조이는 방법을 취하는 방법에 대하여 소개 해드리겠습니다. 이 방법으로 채결할시 더블너트또한 풀림 방지 효과를 발휘하며, 소위 말하는 가장 저렴한 방법으로 가장 큰 퍼포먼스를 낼수있다는 점에서 50년 전부터 유럽과 일본에서 행하는 방법입니다.

그럼, 맞물리게 조이는 방법에 대해서 소개해드리겠습니다.
이는 2가지 방법이 있으며, 상너트 정전법과 하너트 역전법의 방법이 있습니다.
이에 대하여 여러가지 설이 있으며, 실제 당사의 ISO16130 항공우주산업용 나사 풀림 평가 국제규격에 규정된 융커식 나사 풀림 실험을 실시한 결과 가장 풀림방지기능 상 우월한 결과를 얻은 방법 2가지를 설명해드리겠습니다.

1. 상너트 정전법
정전법이란 정방향으로 회전시키는 방법으로 쉽게 말하여 하너트를 고정한채 상너트를 더 조이는 방법입니다.

그림 1.　정전법 체결 순서

2. 하너트 역전법
역전법이란 역방향으로 회전시키는 방법으로 상너트를 고정한채 하너트를 시계반대 방향으로 되돌려 체결하는 방법입니다.

그림 2.　역전법 체결 순서

*풀림 방지 기능을 발휘하는 정전법 역전법 체결토크는 더블너트의 체결실험 방법과 융커식 실험 결과를 참조하시길 바랍니다.

3. 더블너트 로킹을 위한 선택 1종 너트와 3종 너트? 1종 너트와 1종너트?

참고로, 너트중에는 1종너트와 3종너트가 존재하는데요, 1종너트는 너트 유효경의 80%를 곱한 값이 너트의 높이가 됩니다. 예를들어 M10의경우 너트의 높이가 8mm가 1종너트이며, 3종너트의 경우 너트 유효경의 60%를 곱한 값이므로, 높이가6mm가 됩니다.

그림 3.　1종 너트와 3종 너트

유럽에서는 일찍이 더블너트의 풀림방지효과를 평가하여 가장 적절한 조합을 찾아냈는데 그 방법은, 상너트 1종 너트와 하너트 3종 너트의 조합으로 정전법을 행하는 것입니다.
이유로는, 풀림방지 효과를 발휘하기 위해 하너트를 고정하고 상너트를 채우는 정전법을 행할때 나사산이 적은 3종너트가 움직이 쉬우며 상하로 밀어당기는 탠션의 나사산의 맞물림이 가장 잘 일어난다는 결과가 여러 논문에 작성되어 있습니다. 그러나 이 조합의 단점은 하너트로 쓰이는 3종너트의 높이가 낮으므로 일반적으로 쓰이는 공구로서는 체결이 불가능하며 높이가 낮은 특수 스패너를 사용해야 된다는 점입니다.
이 문제를 해결하기 위하여 1종너트 + 1종너트로 사용을 권장합니다. 이번 융커식 나사 풀림 실험에서는 널리 사용되고 있는 1종너트 + 1종너트로 더블너트의 풀림 방지 기능에 대하여 조사하였습니다.
이 링크를 참조하시면 더블너트 융커식 나사풀림 실험 결과를 보실수있습니다. 또한, 구체적인 정전법과 역전법의 체결이 작업성능에 대하여 확인하기위하여 체결실험을 진행하였습니다.
이 링크를 참조하시면 더블너트의 체결실험 결과를 보실수있습니다.
자료 : 더블너트의 풀림방지 특성과 고찰 (융커실험)