삼각나사 종류·표시법

왜 배우는가: 삼각나사는 체결과 풀림 방지의 기본 원리를 이해하는 출발점이다. 나사의 종류와 표시법은 도면과 정비 자료에서 규격을 식별하는 데 바로 쓰인다. 기술사 시험에서 용어 문제와 표시법 문제로 반복해서 출제되는 개념이다.

출제 이력: 제113회 1교시 6번, 제108회 1교시 12번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

삼각나사는 나사산의 단면이 삼각형인 나사로, 체결용으로 가장 널리 쓰이는 나사이다.

답안 첫 줄에는 이 정의를 그대로 쓴다. 이어서 나사의 종류를 열거하고 각 나사의 크기 표시법을 설명한다. 삼각나사를 구분하는 기준은 나사산 형상, 치수 체계(미터계와 인치계), 용도 세 가지이다. 나사산 형상은 나사산 각도로, 치수 체계는 호칭 지름과 피치의 단위로 드러난다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 삼각나사: 나사산 단면이 삼각형인 체결용 나사의 총칭이다.
• 나사산 각도: 나사산 양 측면이 이루는 각이다. 미터 나사와 유니파이 나사는 60도, 휘트워드 나사는 55도이다.
• 호칭 지름: 수나사의 바깥지름으로, 나사의 크기를 대표하는 값이다.
• 피치: 인접한 나사산 사이의 축 방향 거리이다.
• 미터 나사: 호칭 지름과 피치를 mm로 쓰고 기호 M을 붙인다.
• 유니파이 나사: 호칭 지름을 인치로 쓰고 기호 U를 붙인다.
• 휘트워드 나사: 호칭 지름을 인치로 쓰고 기호 W를 붙인다.

2. 개념 풀이

삼각나사의 정식 정의는 나사산 단면이 삼각형인 나사이다. 원통 바깥면에 삼각형 단면의 나선 홈을 낸 구조이므로, 수나사와 암나사가 맞물릴 때 나사산 측면이 접촉하면서 마찰로 체결 상태가 유지된다. 이 마찰이 풀림을 억제하는 근거이기 때문에 삼각나사가 체결용으로 쓰인다.

원리는 나사산 각도로 설명한다. 나사산 각도가 크면 접촉면에 작용하는 수직력의 반경 방향 성분이 커져 마찰 저항이 증가하고, 체결 상태가 안정된다. 그래서 삼각나사는 같은 피치의 사각나사보다 풀림에 강하다. 대신 한 바퀴 회전당 축 방향 이동량이 작고 마찰 손실이 커서 효율이 낮다. 동력을 전달하는 용도에는 사각나사나 사다리꼴나사가 쓰이는 이유이다.

핵심 용어는 다음과 같다. 피치는 인접한 나사산 사이의 축 방향 거리이다. 한 줄 나사에서는 리드와 같으며, 피치가 작을수록 나사가 촘촘해져 체결 정밀도가 높아진다. 나사산 각도는 나사산 양 측면이 이루는 각이다. 나사산 각도가 바뀌면 마찰과 풀림 특성이 함께 바뀐다. 호칭 지름은 수나사의 바깥지름이다. 표시법에서 나사의 크기를 대표하는 값으로 쓰인다.

삼각나사의 체결력은 나사산 측면의 마찰에서 나오므로 나사산 각도가 클수록 풀림 방지에 유리하다.

M20×1.5를 예로 들면 호칭 지름 20mm, 피치 1.5mm인 미터 나사이다. 같은 호칭 지름의 표준 피치는 2.5mm이므로 1.5mm는 표준보다 가는 피치에 해당한다.

3. 등장 배경과 필요성

나사는 회전 운동을 직선 운동으로 바꾸거나 두 부품을 결합하는 기계요소이다. 기계와 구조물이 커지고 부품 수가 늘면서 치수를 표준화한 나사가 필요해졌다. 나사 규격이 제각각이면 부품을 호환하기 어렵고 정비 비용이 커지므로, 나사산 형상과 치수 표기를 통일하는 호칭 체계가 정해졌다.

국제표준화기구(ISO)는 ISO 나사를 제정했으며, 미터 계열인 ISO 미터 나사와 인치 계열인 ISO 인치 나사의 두 계열을 둔다. 미터 나사는 국제 표준 계열의 기계 부품에, 유니파이 나사와 휘트워드 나사는 인치 계열 부품에 주로 쓰인다. 같은 삼각나사라도 치수 체계가 다르면 호환되지 않으므로 표기만 보고 어느 계열인지 알아야 한다.