전체 나사산과 부분 나사산 육각 볼트: 구조적 차이 이해

전체 나사산과 부분 나사산 육각 볼트의 구조적 차이는 선호의 문제가 아닙니다. 관절을 통해 하중이 전달되는 방식을 결정합니다. . 전체 나사산 볼트(전체 나사산 볼트라고도 함)는 전체 생크를 따라 인장 하중을 전달하며 두 개의 나사산 부재를 고정하거나 전체 그립 길이에 걸쳐 너트와 함께 사용하는 데 가장 적합합니다. 부분 스레드 볼트에는 조인트 인터페이스에 위치하는 부드러운 나사산이 없는 생크 섹션이 있어 다음을 제공합니다. 우수한 전단 저항 및 더 나은 정렬 구조적 연결에서. 잘못된 유형을 선택하는 것은 조인트 미끄러짐, 피로 실패 또는 부적절한 조임력으로 이어질 수 있는 일반적인 사양 오류입니다.

전체 나사산 및 부분 나사산 육각 볼트 정의 방법

두 유형의 차이점은 볼트 생크를 기준으로 나사산이 시작하고 끝나는 위치에 따라 결정됩니다.

전체 스레드 육각 볼트

전체 스레드 육각 볼트 머리 바로 아래에서 볼트 끝까지 나사산이 있습니다. 나사산이 없는 생크가 없습니다. ISO 4017 및 ASME B18.2.1 표준에 따라 정의된 한계까지의 공칭 길이를 가진 볼트는 기본적으로 완전 나사산으로 제조됩니다. M12 볼트 최대 길이 40mm 일반적으로 ISO 사양에 따라 전체 스레드가 제공됩니다. 나사산 부분은 전체 그립 길이를 따라 너트 또는 탭 구멍과 맞물립니다.

부분 나사산 육각 볼트

육각 캡 나사 또는 생크가 있는 육각 볼트라고도 하는 부분 나사산 육각 볼트는 머리와 나사산 부분 사이에 매끄러운 원통형 단면(생크 또는 그립)이 있습니다. 나사산이 없는 생크의 길이는 볼트 크기와 표준에 따라 다릅니다. 대한 ISO 4014에 따른 M16 × 80mm 볼트 , 나사산 길이는 대략 44mm , 스레드되지 않은 생크가 약 36mm 남습니다. 이 생크는 나사산 루트보다 직경 공차가 더 엄격하게 제작되어 드릴 구멍에 정확하게 맞습니다.

구조 역학: 생크가 모든 것을 변화시키는 이유

이러한 구별이 구조적으로 중요한 이유를 이해하려면 각 볼트 유형이 볼트 체결부의 두 가지 주요 힘에 어떻게 반응하는지 조사해야 합니다. 인장 하중 (볼트 축을 따라) 및 전단 하중 (볼트 축에 수직).

인장 강도: 전체 스레드는 더 작은 응력 영역을 갖습니다.

나사형 패스너의 가장 약한 단면은 유효 하중 지지 영역이 감소하는 나사산 루트(나사산 꼭대기 사이의 계곡)에 있습니다. 이는 다음과 같이 정량화됩니다. 인장 응력 면적(As) . M16 볼트의 경우 인장 응력 영역은 대략 다음과 같습니다. 157mm² , 전체 생크 단면적과 비교 201mm² . 전체 나사산 볼트에서는 이 감소된 영역이 전체 길이를 따라 존재합니다. 부분 나사산 볼트에서는 나사산 부분만 이 감소된 단면을 갖습니다. 생크 섹션은 특정 하중 조건에서 하중 전달에 사용할 수 있는 전체 공칭 직경을 갖습니다.

전단 강도: 나사산이 없는 생크가 중요합니다.

전단 강도는 실제로 차이가 가장 중요한 부분입니다. 랩 조인트, 빔 연결 또는 클레비스 핀 응용 분야에서와 같이 볼트에 전단 하중이 가해질 때 전단 평면은 이상적으로 볼트를 통과합니다. 전체 직경의 나사산이 없는 생크 , 스레드 루트를 통해서가 아닙니다. 전단면의 스레드 루트는 유효 전단 면적을 대략적으로 감소시킵니다. 20~30% 전체 생크 단면과 비교됩니다. 스레드 루트가 전단 평면을 교차하는 전단 접합에 전체 스레드 볼트를 배치하는 것은 구조적 사양 오류입니다. 다음과 같은 표준 AISC 360 그리고 EN 1993-1-8 둘 다 볼트 용량 표에서 생크를 통과하는 전단 평면(고용량)과 나사산을 통과하는 전단 평면(낮은 용량)을 구별합니다.

관절의 맞춤 및 정렬

부분 나사 볼트의 매끄러운 자루는 리머 구멍이나 정밀 드릴 구멍에 꼭 맞도록 공차로 제조되어 연결된 부재 사이의 정확한 정렬을 제공합니다. 전체 길이에 걸쳐 나선형 형상을 갖는 전체 나사산 볼트는 동일한 위치 정확도를 제공할 수 없으며 측면 이동을 제어해야 하는 근접 공차 또는 맞춤 볼트 적용개소에는 적합하지 않습니다.

나사산 길이 표준: 사양이 실제로 지정하는 것

부분 나사 볼트의 나사 길이는 임의로 선택되지 않고 표준 공식에 따라 계산됩니다. 이러한 공식을 이해하면 엔지니어가 나사산 섹션이 너트에 완전히 맞물리고 생크가 조인트 인터페이스를 차지하는지 확인하는 데 도움이 됩니다.

실제적인 예: ISO 4014에 따른 M20 × 100mm 볼트 나사산 길이는 2(20) 6 = 46mm , 54mm 나사산이 없는 생크를 남겨둡니다. 조인트 그립 길이가 50mm이고 표준 M20 너트 높이 16mm를 사용하는 경우 스레드 맞물림은 46 − (100 − 50 − 16) = 충분합니다. 그러나 스레드가 아닌 자루가 전단 평면에 위치하는지 확인하기 위해 조인트 구성별로 계산을 항상 확인해야 합니다.

병렬 비교: 전체 스레드와 부분 스레드

실제 애플리케이션: 어떤 유형이 어디에 속하는지

조인트 로딩을 이해하면 전체 스레드와 부분 스레드 사이의 선택이 간단해집니다. 다음 예에서는 각 유형이 올바르게 적용되는 위치를 보여줍니다.

다음과 같은 경우에 전체 나사산 육각 볼트를 사용하십시오.

• 클램핑력만 필요: 볼트가 순전히 인장력으로 하중을 받는 플랜지 연결, 장비 장착 플레이트 및 비전단 조인트는 다양한 재료 두께를 수용하기 위해 너트를 자루를 따라 어느 곳에나 배치할 수 있으므로 전체 나사산의 이점을 누릴 수 있습니다.
• 탭 구멍에 끼우기: 볼트가 탭 막힌 구멍이나 나사산 인서트에 직접 나사산이 있을 때 전체 나사산은 맞물림 길이와 인발 저항을 최대화합니다.
• 40mm 미만의 짧은 볼트: 짧은 길이에서는 공식에서 파생된 나사산 부분이 어쨌든 거의 전체 생크를 차지하므로 전체 나사산 볼트가 표준 공급 옵션이자 실용적인 선택이 됩니다.

다음과 같은 경우 부분 나사산 육각 볼트를 사용하십시오.

• 구조용 강철 연결: AISC 또는 Eurocode 설계에 따른 보-기둥 연결부, 거싯 플레이트 및 모멘트 프레임 조인트는 일반적으로 부분 나사 볼트로 지정됩니다. ASTM A325 또는 A490 (황실) 또는 ISO 8.8 또는 10.9 (미터법) - 생크가 연결된 플레이트 사이의 전단면에 위치합니다.
• 동적 전단 하중을 받는 기계: 주기적 측면 힘이 조인트에 작용하는 기어박스 하우징, 엔진 마운트 및 회전 장비에는 피로로 인한 전단에 저항하기 위해 전체 생크 단면이 필요합니다.
• 정밀 정렬 애플리케이션: CNC 공작 기계 베드, 지그 및 고정 플레이트, 광학 장비 마운트는 공차가 가까운 부분 나사산 볼트가 있는 리머 구멍을 사용하여 부하 시 위치 정확도를 유지합니다.
• 교량 및 토목 인프라: 교량 거더 연결부의 고강도 구조 볼트는 항상 부분 나사산이며 연결 설계 도면에 명시적으로 지정된 스플라이스 플레이트의 생크 맞물림을 사용합니다.

가장 일반적인 사양 실수와 이를 방지하는 방법

볼트 선택 시 가장 빈번하게 발생하는 오류는 다음과 같습니다. 생크 길이가 부족한 부분 스레드 볼트 지정 나사산 뿌리가 접합부의 전단면을 가로지르게 됩니다. 이는 그립 길이에 비해 볼트가 너무 짧거나 볼트 길이를 재평가하지 않고 기존 조인트에 와셔 또는 추가 플라이를 추가할 때 발생합니다.

확인 규칙은 간단합니다. 나사산이 없는 생크 길이는 총 그립 길이와 같거나 커야 합니다. (클램핑되는 모든 플라이의 합계와 와셔 두께의 합계). 나사산 부분은 너트 표면 너머로 충분히 확장되어 나사산이 완전히 맞물려야 합니다. 최소 스레드 피치 1개 너트 너머로 나사산이 돌출되는 정도는 표준 조립 검사입니다.

예를 들어, 두 개의 이중 랩 전단 접합에서 12mm 강판 그리고 one 3mm 와셔 너트 아래에서 필요한 최소 생크 길이는 12 12 3 = 27mm . 나사산 길이가 끝에서 20mm에서 시작되는 볼트는 나사산 루트를 조인트 인터페이스 내부에 배치하게 됩니다. 이는 더 긴 볼트나 더 긴 자루가 있는 볼트를 선택하여 수정해야 하는 잘못된 사양입니다.

강도 등급은 두 가지 유형 모두에 적용되지만 상호 작용 방식은 다릅니다.

표준 강도 등급 스펙트럼 전체에 걸쳐 전체 나사산 및 부분 나사산 육각 볼트를 모두 사용할 수 있습니다. 볼트 머리의 등급 표시는 나사산 구성에 관계없이 적용됩니다.

한 가지 중요한 상호 작용: 부분 나사산 볼트에서 등급을 높이면 나사산 부분의 인장 및 전단 용량이 증가하지만 생크 전단 용량은 생크 단면적과 재료 전단 강도에 따라 결정됩니다. — 등급 표시만으로는 안 됩니다. 더 큰 직경의 낮은 등급 부분 나사 볼트는 전단 지배 접합에서 더 작은 고급 볼트보다 성능이 뛰어날 수 있습니다. 항상 경사에만 의존하기보다는 중요한 연결에 대한 첫 번째 원칙에 따라 전단 용량을 계산하십시오.

요약: 전체 스레드와 부분 스레드 중에서 선택

의사결정 프레임워크는 일관되게 적용될 때 간단합니다.

• 조인트에 하중이 가해지면 주로 긴장 상태 그리고 grip length may vary — use full thread.
• 관절이 운반되는 경우 전단 하중 볼트 인터페이스 전체에 걸쳐 - 부분적인 나사산을 사용하고 생크 길이가 전체 그립을 덮는지 확인하십시오.
• 만약에 위치 정확도 멤버 간이 필요합니다. 공차가 가까운 리머 구멍에 부분 나사산을 사용하십시오.
• 만약에 the bolt is 짧음(일반적으로 M12 이하의 경우 40mm 미만) — 전체 나사산은 표준 공급품이며 대부분의 비전단 용도에 적합합니다.
• 두 가지 유형이 서로 호환 가능하다고 가정하지 마십시오. 구조적 또는 동적 하중 적용 스레드 루트가 차지하는 전단 평면을 확인하지 않고.

전체 나사산 육각 볼트와 부분 나사산 육각 볼트 사이의 구조적 차이는 조인트가 조립된 후에는 눈에 보이지 않습니다. 그러나 하중이 가해진 결과는 측정 가능하며, 중요한 응용 분야에서는 설계된 대로 작동하는 연결과 그렇지 않은 연결 사이의 차이가 있습니다.