기계설계에서 가장 기본적인 체결 방식은 바로 ‘나사’와 ‘볼트’입니다. 단순해 보이지만, 잘못된 나사 설계는 파손, 풀림, 체결 불량 등 다양한 문제를 일으키며 제품의 신뢰성과 안전성을 위협합니다. 이번 글에서는 기계설계 시 나사·볼트를 사용할 때 반드시 확인해야 할 핵심 포인트와 자주 하는 실수, 설계 시 참고해야 할 규격 등을 정리해보았습니다.
1. 나사·볼트 설계의 핵심 요소
1) 체결 강도
- 볼트에 걸리는 인장 하중 및 전단 하중을 기준으로 설계 - 허용 하중보다 1.5~2배의 여유를 두는 것이 일반적
2) 체결 깊이
- 강재 기준 최소 나사 깊이: 볼트 지름 × 1.0~1.5 - 알루미늄 등 연질 재료는 지름 × 2.0 이상 필요 - 부족한 경우 풀림 또는 파손 위험
3) 체결 토크
- 볼트 규격에 맞는 권장 체결 토크 사용 - 과도한 토크는 나사 파손, 적은 토크는 풀림 유발 - 체결 토크계산: T = K × F × d (K=계수, F=축력, d=지름)
4) 미끄럼 및 풀림 방지
- 스프링 와셔, 로크너트, 로크타이트 등 활용 - 진동 환경에서는 이중 체결 또는 접착 보조 필요
2. 실무에서 자주 발생하는 나사 설계 실수
실수 1: 볼트 길이 과도 또는 부족
- 너트 밖으로 2~3산 이상 돌출되도록 설계 - 너무 짧으면 풀림 위험, 너무 길면 간섭 발생
실수 2: 나사 간섭 미검토
- 조립 간 간섭 여부를 3D로 반드시 확인 - 깊은 탭홀의 드릴 관통 여부 고려
실수 3: 체결 순서·위치 고려 미흡
- 좁은 공간에 나사 배치 → 공구 접근 불가 - 조립 가능성을 고려해 배치 설계 필수
실수 4: 나사규격 무시
- M5 볼트인데 드릴은 Ø5.0으로 설계 → 탭 불량 - KS, ISO, JIS 규격에 따른 나사 구멍 설계 필요
3. 나사·볼트 설계 기준표 (KS 기준)
| 볼트 규격 | 추천 탭 깊이 (강재) | 드릴 직경 (탭 전) | 권장 체결 토크 (Nm) | |------------|---------------------|---------------------|----------------------| | M4 | 6.0~8.0mm | Ø3.3 | 2.0~3.0 | | M5 | 7.5~10.0mm | Ø4.2 | 4.0~5.5 | | M6 | 9.0~12.0mm | Ø5.0 | 8.0~10.0 | | M8 | 12~16mm | Ø6.8 | 18.0~22.0 | ※ 재질 및 용도에 따라 다를 수 있으며, 표준 카탈로그 참고 필수
4. 설계자가 체크해야 할 체결부 체크리스트
- ☑ 체결 부위 재질에 따른 나사 깊이 확보
- ☑ 드릴 사이즈와 탭 사이즈 정확히 구분
- ☑ 체결 후 돌출 여부 확인
- ☑ 진동 환경 시 풀림 방지 대책 포함
- ☑ 도면에 체결부 공차 및 형상 표시
- ☑ 체결 공구 접근성 확보
마무리하며
나사와 볼트는 작고 단순한 부품처럼 보이지만, **제품 전체의 신뢰성과 안전성을 좌우하는 핵심 부품**입니다. 반복 체결, 진동, 고하중 조건에서 문제가 생기지 않도록 기본 설계 원칙을 반드시 지켜야 하며, 재질·규격·조립 환경을 종합적으로 고려해야 합니다. 설계자는 항상 ‘체결이 실제로 잘 될 수 있을까?’를 먼저 고민해야 좋은 결과를 만들 수 있습니다.
자주 묻는 질문(FAQ)
1. 볼트는 몇 개 이상 체결해야 안정적인가요?
부하 조건에 따라 다르지만, 최소 3점 이상 체결이 안정적입니다. 고하중이나 진동 환경에선 분산 체결이 효과적입니다.
2. 알루미늄에 직접 탭을 내도 괜찮나요?
가능하지만 연질 재료이므로 깊이를 늘리고, 체결 토크는 권장값보다 낮게 적용해야 합니다.
3. 도면에 체결 관련 정보를 어떻게 표시하나요?
나사 규격(M6×1), 깊이(10), 공차(±0.1), 체결 토크, 필요 시 주의사항을 도면 기입 또는 별도 표로 정리합니다.