왜 나사는 풀리는 걸까?

나사의 풀림은 체결에 의해 볼트에 발생한 체결력(볼트축력)이 체결 후 다양한 원인에 의해 저하되는 현상으로,
부재(이하 피체결체)가 반복적으로 미끄러지거나 마모되거나 소성변형되면 발생합니다.

이 볼트의 축력은 나사체결체 각각의 기능을 담당하는 매우 중요한 값이기 때문에 나사가 느슨해져 축력이 저하되는 것은
즉, 나사체결체의 각 기능의 저하 또는 상실을 의미하며 그 영향은 매우 큽니다.

풀림을 유발하는 트러블로는 피체결체의 분리나 탈락, 고정되어 있는 피체결체의 미끄럼, 피체결체의 유리(遊離)로부터
발생하는 접합면 누출이나 볼트의 피로파괴 등 중대한 사고로 이어지는 현상으로 이어지기 때문에 각별히 주의해야 합니다.

* 풀림으로 인한 볼트 파괴 및 파손이 발생할 경우, 대형 사고를 유발하는 원인이 되기도 합니다.

적절한 축력으로 관리된 상태
외력이 내력계수에 비례하여 작용합니다.

볼트 파손 위험 낮음 ↓

나사가 풀린 원인으로 인해 외력이
볼트에 직접 걸리는 위험한 상태

볼트 파손 위험 높음↑

나사 풀림 메커니즘

나사 체결체를 완전히 고정시키기 위한 첫번째 조건으로, 초기 체결력(볼트 “축력”)을 확보하는것, 두번째 조건으로 그 값을 유지되는 것이 전제조건 입니다. 일반적인 구조가 아닌, 여러 체결체의 접촉부가 있으며 또한 피체결체에 다방면에서 복합적인 반복하중이 작용하는 경우에는 전혀 예상치도 못한 곳에서 나사풀림이 발생합니다.

나사의 풀림에는 두가지 종류가 있으며, 한마디로 나사의 풀림이라고 해도 우리가 본 즉시 이해할 수 있는 풀림은 나사가 조인반대 방향으로 되돌아가며 풀리는 경우이지만, 그 이외에는 나사 회전없이 풀리는 경우가 존재합니다.

풀림의 종류

1나사 비회전 풀림(회전에 의하지 않는 풀림)

볼트 축력은 나사를 체결함으로써 볼트가 인장하고 그와 동시에 피체결체가 압축되면서 발생하는데, 나사가 회전하지 않더라도 볼트의 인장량이 감소하거나 피체결체의 수축량이 감소하는 경우가 있습니다. 이를 볼트의 축력저하 즉 나사 풀림이라고 합니다.
볼트의 탄성신장량이 감소하는 원인으로는 볼트의 소성 신장, 크리프 신장, 열팽창 등이 있으며, 한편 피체결체의 탄성 수축량이 감소하는 원인으로는 피체결체의 마모, 친숙함, “주그러짐”, 저온 수축 등이 있습니다.
종류로는 초기풀림, 함몰풀림, 미동마모에 의한 풀림, 밀봉재의 영구변형에 의한 풀림, 도장재의 파손에 의한 풀림, 과대외력에 의한 풀림, 열적 원인에 의한 풀림이 있습니다.
주된 풀림 방지방법으로는
①볼트를 가늘고 길게 제조 할것
②체결부재의 접촉면 마모량, 함몰량을 줄일 것
③볼트인장 부가하중을 작게 하는 설계 및 체결 할것
④나사체결체의 각 부재를 선팽창계수의 차이를 작게 할것
의 대책이 일반적입니다.
그러나 향후 설계하거나 체결할 경우라면 조정이 가능하나, 존재하는 나사체결체에 관해서는 이상적인 대책을 모두 시행하는 것은 어렵습니다.

2나사의 회전 풀림(너트가 시계 반대방향으로 회전함)

볼트와 너트가 풀림방향으로 상대적으로 회전하여 발생하는 풀림으로 나사 체결체에 작용하는 하중(외력)에 따라 풀림정도가 달라집니다. 나사 체결체에 작용하는 하중으로서 볼트 축 방향 즉 인장하중을 받을 경우, 볼트 축 주변 즉 비틀림 하중을 받을 경우, 볼트 축 직각방향 즉 전단하중을 받을 경우의 크게 세가지 종류로 나뉩니다. 특히 전단방향으로 반복적으로 외력이 가해질 경우에는 피체결체가 조금이라도 미끄러지기 시작하면 균형이 깨져 볼트축력의 저하를 일으킵니다.

 
 
 
 
 
주요 방지 방법으로는 상대 미끄러짐을 없애기 위해
①볼트 축력을 크게 함
②볼트의 갯수를 늘림
③외력을 작게 설계
④볼트를 가늘고 길게 설계
⑤풀림 방지 부품을 이용
의 대책이 일반적입니다.
특히 전단 방향으로 반복적으로 외력이 가해지는 경우가 가장 나사 체결체에게 가혹하고 풀림에 직결되기 때문에 그 대책의 하나로 전 세계적으로 많은 풀림 방지 부품이 존재합니다.
그 효과로서 나사의 되돌림 회전을 방지하는 것부터 나사의 탈락만을 방지하는 것, 초기 풀림 대책에 지나지 않는 것까지 다양한 종류가 존재합니다.