나사의 자립과 풀림 방지

핵심 정리

나사는 체결된 뒤에도 풀리지 않아야 제 역할을 한다. 외력이 작용하지 않을 때 나사가 저절로 풀리지 않는 상태를 나사의 자립이라 한다. 나사의 자립은 나사 자체가 가진 성질이며, 이 단원에서는 자립의 조건과 풀림을 막는 장치의 원리를 따로 나눠 읽어야 한다. 두 개념을 섞으면 같은 말처럼 보여도 선지의 답이 달라진다. 풀림방지 장치는 자립과 별개로 다룬다. 로크 너트, 스프링 와셔, 분할 핀은 진동 등으로 결합이 풀리는 것을 막기 위한 장치이다. 장치들은 부품 종류에 따라 나뉘며, 같은 목적이라도 풀림을 막는 원리는 장치마다 다르다. 따라서 장치의 이름보다 원리를 짝지어 외우는 편이 정확하다. 풀림을 막는 방법은 크게 결합 부품을 고정하는 방식, 나사면의 마찰을 키우는 방식, 핀이나 구멍을 이용해 회전을 막는 방식으로 정리된다. 와셔, 멈춤나사, 로크 너트는 이 가운데 여러 방식에 걸쳐 있으므로 각 장치가 어떤 힘을 이용하는지를 기준으로 판단해야 한다. 이 단원의 쟁점은 와셔의 원리, 자립 조건, 너트의 원리, 핀의 원리로 나뉜다. 각 쟁점을 따로 정리하면 혼동이 줄어든다.

자세히

와셔의 풀림 방지 원리

고정 와셔는 너트와 결합 부품을 고정하는 풀림 방지 장치다. 톱니붙이 와셔는 와셔 면의 경사진 이빨로 결합 부품을 고정하여 풀림을 방지한다. 스프링 와셔는 탄성력으로 마찰을 증가시켜 풀림을 막는 방법이다. 세 와셔의 차이는 힘이 어디서 나오는지에 있다. 앞의 두 와셔는 부품을 고정하는 쪽이고, 스프링 와셔는 탄성을 이용해 마찰을 키우는 쪽이다. 와셔의 이름만 보고 답을 고르면 원리를 놓치므로, 선지의 설명이 고정인지 마찰인지를 먼저 확인해야 한다.

나사의 자립과 효율

자립 판단의 기준은 두 각의 대소 관계다. 나사의 마찰각이 나선각보다 크면 나사는 자립하여 저절로 풀리지 않는다. 효율 문제는 자립과 떼어 놓을 수 없다. 사각나사가 자립 상태를 유지할 때 나사 효율은 50%를 넘지 않는다. 자립 조건을 묻는 선지와 효율을 묻는 선지는 기준이 다르므로 따로 가른다. 자립과 풀림 방지 장치는 아래 표처럼 물음의 초점이 다르다.

표의 구분을 잡지 않으면 자립 조건을 묻는 선지에 풀림 방지 장치를 답으로 고르는 실수가 생긴다.