홍라이프 계산기볼트 체결 토크 계산기 쉽게 이해하기 — 개념과 원리
이 계산기는 미터 볼트에 목표 체결력(예압)을 주기 위한 조임 토크를 추정합니다. 간단한 토크–축력 관계식, 볼트의 유효 단면적, ISO 강도 구분의 보증 응력을 사용합니다.
계산 방법
- 유효 단면적 As = π ÷ 4 × (d − 0.9382 P)², d는 호칭 지름, P는 피치
- 보증 하중 Fp = Sp × As, 보증 응력 Sp는 ISO 898-1 값(4.6: 225 MPa, 5.8: 380 MPa, 8.8: M16 이하 580 MPa·초과 600 MPa, 10.9: 830 MPa, 12.9: 970 MPa)
- 목표 예압 F = 선택 비율 × Fp
- 토크 T = K × F × d(d는 미터), K는 너트 계수
원리
너트를 조이면 볼트가 단단한 용수철처럼 늘어나며 접합부를 죕니다. 가한 토크 대부분은 나사산과 머리 아래의 마찰을 이기는 데 쓰이고, 실제로 볼트를 늘리는 데는 일부만 쓰입니다. 너트 계수 K는 이 마찰을 하나의 숫자로 묶은 것으로, 건조한 강철은 보통 약 0.2이고 윤활하면 더 낮아집니다. 마찰이 제각각이어서 같은 토크라도 볼트마다 체결력이 꽤 다를 수 있습니다.
예제 풀이
기본값: M10 × 1.5, 강도 8.8, K = 0.2, 예압 보증 하중의 75%
- As = π ÷ 4 × (10 − 0.9382 × 1.5)² ≈ 58 mm²
- 보증 하중 = 580 MPa × 58 mm² ≈ 33.63 kN
- 예압 = 0.75 × 33.63 ≈ 25.23 kN, 응력 ≈ 435 MPa
- 토크 = 0.2 × 25,226 N × 0.010 m ≈ 50.5 N·m
- 다른 단위: ≈ 37.2 ft·lbf, 5.14 kgf·m
| 너트 계수 K | 체결 토크 (N·m) |
|---|---|
| 0.05 | 12.6 |
| 0.1 | 25.2 |
| 0.15 | 37.8 |
| 0.2 | 50.5 |
| 0.25 | 63.1 |
| 0.3 | 75.7 |
| 0.4 | 100.9 |
결과 해석
나사산에 기름이나 코팅이 있으면 K가 낮아져 같은 토크로 예압이 크게 늘어나 볼트에 과도한 응력이 걸릴 수 있으므로 토크를 줄여야 합니다. 중요한 접합부에는 토크–각도법, 직접 장력 표시기, 초음파 측정 같은 더 정확한 방법을 씁니다. 제조사가 정한 토크 값이 있으면 언제나 그 값을 따르십시오.
흔한 실수
- 윤활한 나사에 건조 상태의 K를 쓰는 경우
- 보증 응력과 인장 강도를 혼동하는 경우
- 유효 단면적 대신 호칭 지름의 면적을 쓰는 경우
- 중요한 접합부에서 항복한 볼트를 재사용하는 경우
자주 묻는 질문
M10 8.8 볼트의 조임 토크는?
K = 0.2, 보증 하중 75%라면 약 50 N·m이며, 윤활하면 더 낮아야 합니다.
너트 계수 K란?
나사산과 머리 아래 마찰을 합친 경험 계수로, 건조한 강철은 약 0.2를 흔히 씁니다.
왜 보증 하중의 100%까지 조이지 않나요?
마찰 편차와 사용 하중에 대한 여유가 없어 볼트가 영구 변형될 위험이 있기 때문입니다.
8.8은 무슨 뜻인가요?
앞의 8은 공칭 인장 강도 800 MPa, 뒤의 8은 항복 강도가 인장 강도의 80%라는 뜻입니다.
출처: ISO 898-1:2013, Mechanical properties of fasteners made of carbon steel and alloy steel — Part 1: Bolts, screws and studs · Bickford, J. H., An Introduction to the Design and Behavior of Bolted Joints, 4th ed. CRC Press