볼트는 다양한 기계 부품을 조립하고 결합하는 데 널리 사용됩니다. 용접이나 열을 사용하지 않고도 견고하게 연결할 수 있는 비결은 무엇일까요? 볼트를 잘못 사용하면 부러지거나 손상될 수 있습니다. 이때 볼트 항복 강도를 아는 것이 유용합니다. 하지만 많은 사람들이 볼트 항복 강도를 계산하는 방법을 모릅니다.
볼트 항복 강도는 볼트가 견딜 수 있는 최대 응력이라는 점을 기억하세요. 이 한계를 초과하면 볼트가 변형되거나 심지어 파손되어 결합된 부품이 파손될 수 있습니다. 볼트 항복 강도를 알고 나면 이를 사용하여 볼트를 올바르게 사용할 수 있습니다. 이 문서에서는 볼트 항복 강도를 계산하는 방법을 설명합니다. 그럼 시작해 보겠습니다.
볼트 항복 강도는 무엇이며 왜 중요한가요?
계산에 들어가기 전에 먼저 볼트 항복 강도에 대한 기본 사항을 이해해 보겠습니다.
볼트 항복 강도는 볼트가 견딜 수 있는 최대 응력을 나타냅니다. 이 수준을 초과하면 볼트에 과도한 응력이 가해져 변형되어 결국 파손될 수 있습니다. 볼트는 항복 강도 내에서 사용해야 합니다. 이렇게 하면 연결이 파손될 수 있는 높은 압력이나 늘어남을 방지할 수 있습니다. 볼트 크기마다 항복 강도 수준이 다릅니다.
앞서 말했듯이 등급이 다른 다양한 종류의 볼트를 사용할 수 있습니다. 예를 들어 8.8 등급 또는 10.9 등급 등이 있습니다. 이러한 볼트는 각각 다른 등급과 항복 강도를 가지고 있습니다. 일반적으로 8.8 등급은 10.9 등급보다 항복 강도가 낮습니다. 이러한 볼트 등급을 선택하는 것은 용도와 용도에 따라 달라집니다.
올바른 볼트 등급을 사용하면 두 부품 사이의 조인트가 수년간 지속될 수 있습니다. 느슨해지지 않고 매우 단단하게 결합해야 한다고 가정해 봅시다. 이러한 경우 더 높은 응력을 견딜 수 있는 더 높은 등급의 볼트를 사용합니다. 더 큰 힘으로 볼트를 조일 수 있습니다. 높은 응력에도 불구하고 볼트는 늘어나거나 변형되지 않고 제자리에 단단히 고정됩니다.
볼트는 일반적으로 항복 강도의 약 70%까지 조여집니다. 이렇게 하면 두 부품을 강력하게 연결하고 안전하게 고정할 수 있습니다. 또한 필요할 때 과부하나 오버클램핑 없이 볼트를 쉽게 제거할 수 있습니다. 70%의 항복 강도는 또한 볼트가 영구적으로 변형되거나 파손될 정도의 응력을 초과하지 않도록 보장합니다.
볼트 항복 강도의 중요성
두 기계 부품을 연결할 때는 볼트 항복 강도를 이해하는 것이 매우 중요합니다. 볼트의 항복 강도를 모르면 잘못 사용할 가능성이 높습니다. 다음은 볼트 항복 강도가 중요한 몇 가지 주요 이유입니다:
- 두 부품을 연결할 때는 크기가 다른 볼트가 필요합니다. 매우 견고한 연결이 필요한 경우 항복 강도가 높은 볼트를 사용하세요. 이렇게 하면 볼트가 더 높은 하중을 견디고 부품이 결합된 상태를 유지할 수 있습니다.
- 위에서 말했듯이 볼트 등급마다 항복 강도가 다릅니다. 따라서 볼트 항복 강도를 이해하지 못하면 이러한 볼트 등급을 선택하는 것이 혼란스러울 수 있습니다. 볼트의 항복 강도를 이해하면 필요에 맞는 볼트 등급을 선택할 수 있습니다.
- 잘못된 볼트로 인한 구조 부품의 고장을 발견할 수 있습니다. 이러한 볼트는 높은 응력을 받으면 늘어납니다. 그 결과 부품 간의 연결이 느슨해져 고장이 발생합니다. 올바른 볼트가 강도를 제공한다는 것을 알면 올바른 볼트를 선택하게 됩니다. 이 볼트는 안정적으로 유지되어 부품의 고장을 방지합니다.
볼트 항복 강도는 어떻게 계산하나요?
공식만 알면 볼트 항복 강도를 계산하는 것은 간단합니다. 계산을 위해 실제로 다음과 같은 세 가지 주요 매개 변수가 있습니다:
- 항복점에서의 스트레스.
- 단면적
다음은 볼트의 항복 강도를 구하는 데 사용할 정확한 공식입니다.
볼트 항복 강도 = 항복점 응력 × 유효 단면적
F(y) = A(t) × S(y)
F(y)는 응력 재료가 견딜 수 있는 항복력입니다. 이 한계를 초과하면 볼트는 영구적으로 변형되거나 파손됩니다. A(t)는 인장 응력에 직면하는 유효 영역입니다. 아시다시피 모든 재료에는 고유한 항복 강도가 있으며, 이는 S(y)로 표시됩니다.
10.9등급의 볼트가 있는 경우를 가정해 보겠습니다. 이 경우 볼트 크기는 M12입니다. 이 두 매개 변수는 재료의 항복 강도와 단면적에 대한 이해를 돕습니다. 크기가 M12인 10.9 등급 볼트의 경우:
항복 강도 = 940 MPa
인장 응력 면적 = 84.3mm²
위의 공식에 값을 입력하면 정확한 항복력을 찾을 수 있습니다:
F(y) = 84.3 × 940 = =79,242 N
이 79,242N은 이 볼트가 견딜 수 있는 최대 항복력 또는 힘입니다. 이 한계를 초과하는 힘이 가해지면 볼트가 변형되거나 파손될 수 있습니다. 볼트를 조일 때는 이 힘의 70-80%를 사용해야 한다는 점을 기억하세요. 이것이 볼트가 기계 부품을 서로 고정할 수 있을 만큼 충분히 조여지는 가장 안전한 한계입니다. 이 정도의 힘을 가하면 볼트를 제거할 수 있습니다.
미터법 대 영국식: 볼트 항복 강도 계산에 어떤 영향을 미치나요?
미터법과 영국식 도량형은 서로 다른 두 가지 단위 체계입니다. 미터법은 세계 여러 지역에서 사용됩니다. 예를 들어, 미국과 캐나다에서는 일반적으로 영국식 미터법을 따릅니다. 반면 유럽을 비롯한 다른 지역에서는 미터법을 선호합니다. 영국식 도량형을 사용하는 국가에서는 SAE 또는 ASTM 표준을 따릅니다.
반면 미터법은 ISO 표준에 의존합니다. 그러나 볼트 항복 강도를 계산하는 공식은 두 단위 시스템 모두 다음과 같이 동일하게 유지됩니다:
F(y) = A(t) × S(y)
그러나 값 또는 매개변수는 다른 단위로 기록됩니다. 미터법 시스템에서;
인장 응력 면적 = mm²
항복 강도 S(y) = MPa
힘 = 뉴턴(N)
반면 제국 시스템의 단위는 다음과 같이 다릅니다:
인장 응력 영역 = in²
항복 강도 S(y) = Psi
힘 = 파운드-포스(lbf)
동일한 공식을 사용하더라도 다른 단위를 사용하기 때문에 다른 결과를 얻을 수 있습니다. 그러나 이러한 단위 또는 값은 서로 바꿔 사용할 수 있습니다.
볼트 크기로 단면적은 어떻게 알 수 있나요?
위에서 말했듯이 볼트 항복 강도를 계산하려면 단면적을 아는 것이 중요합니다. 하지만 볼트 크기마다 단면적이 다르기 때문에 혼란스러울 수 있습니다. 아래는 단면적을 구하는 데 사용할 수 있는 정확한 공식입니다:
A = (π ÷ 4) × d²
그러나 이 공식을 사용하여 단면적(인장 응력 면적)을 구하는 것은 지루할 수 있습니다. 일부 ISO/SAE 표는 다양한 볼트 크기에 대한 정확한 단면적을 제공합니다. 여기에는 M6, M10, M12 등이 포함됩니다. 이렇게 하면 매번 단면을 계산할 필요가 없습니다. 대신 표를 참조하여 다양한 볼트 크기에 대한 정확한 면적을 얻을 수 있습니다.
단면적을 구하는 표는 다음과 같습니다:
| 볼트 크기 | 인장 응력 영역(Aₜ) |
| M6 | 20.1 mm² |
| M7 | 28.9 mm² |
| M8 | 36.6mm² |
| M10 | 58.0mm² |
| M12 | 84.3mm² |
| M14 | 115mm² |
| M16 | 157mm² |
일반 볼트 등급의 항복 강도
볼트 등급마다 재료 구성이 다릅니다. 등급이 높은 볼트는 항복 강도가 높으며, 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 볼트 등급과 볼트 크기는 서로 다른 두 가지 매개 변수라는 점을 기억하세요. 볼트 등급은 볼트의 강도와 볼트 구성만을 나타냅니다.
반면에 볼트 크기는 크기와 치수를 의미합니다. 등급은 같지만 볼트 크기가 다른 두 개의 볼트는 항복 강도가 다릅니다. 다음은 다양한 볼트 등급과 항복 강도를 나타내는 표입니다. 이 등급은 ISO 표준에 따른 것이며 볼트 크기에 따라 달라질 수 있으므로 고정된 것으로 간주하지 않습니다:
| 볼트 등급 | 항복 강도(MPa) |
| 4.6 | 240 MPa |
| 5.8 | 400 MPa |
| 8.8 | 640 MPa |
| 10.9 | 940 MPa |
| 12.9 | 1100 MPa |
앞서 언급했듯이 영국식 단위 체계는 ISO 표준이 아닌 SAE 표준을 따릅니다. SAE 표준에 따르면 볼트 등급은 2등급, 5등급, 8등급으로 표시됩니다. 아래는 이러한 등급의 항복 강도를 보여주는 표입니다:
| 볼트 등급 | 항복 강도(Psi) |
| 2등급 | 57,000 psi |
| 5학년 | 92,000 psi |
| 8학년 | 130,000 psi |
자주 묻는 질문
8.8 등급 볼트의 강도는 얼마인가요?
8.8 등급 볼트는 인장 및 항복 강도가 우수하여 더 강한 것으로 간주됩니다. 정확한 인장 값 와 항복 강도는 각각 830MPa와 640MPa입니다.
차이점은 무엇인가요? 항복 강도 및 인장 강도?
항복강도와 인장강도는 서로 다른 두 가지 매개변수입니다. 항복 강도는 재료가 변형되기 시작하는 응력 수준을 나타냅니다. 인장 강도가 핵심입니다. (응력 수준) 재료 또는 볼트가 파손되어 손상되는 정도입니다.
항복 강도를 초과하여 볼트를 사용할 수 있나요?
아니요. 볼트는 항복 강도를 초과하여 사용할 수 없습니다. 사용하면 볼트가 변형되고 늘어나서 연결이 느슨해집니다. 이는 결국 볼트를 통해 결합된 구조적 또는 기계적 부품에 고장을 일으킬 수 있습니다.
볼트에 가장 안전한 하중은 얼마인가요?
볼트에 가장 안전한 하중은 총 항복 강도의 약 70-75%입니다. 이 힘 또는 응력에서 볼트는 부품을 안전하게 고정합니다. 또한 이 최적의 힘 또는 하중에서는 볼트의 내구성이 더 오래 유지되며 볼트를 쉽게 제거할 수 있습니다.
결론
결론부터 말씀드리자면 볼트는 두 부품을 결합하는 데 사용되는 중요한 패스너입니다. 그러나 각 볼트에는 고유 항복 강도가 있습니다. 볼트를 한계를 초과하여 사용하면 변형이 시작됩니다. 볼트가 변형되면 늘어나서 느슨해집니다. 결과적으로 성능이 저하되고 구조 부품을 함께 고정하지 못합니다.
볼트를 사용하기 전에 볼트의 항복 강도를 알아야 한다는 점에 유의할 필요가 있습니다. 이는 함께 결합된 부품이 깨지기 쉬운 경우 더욱 중요합니다. 그 이유는 볼트가 항복 강도를 초과하면 변형되어 파손되어 조인트가 파손될 수 있기 때문입니다. 결과적으로 함께 결합된 부품이 떨어져 나가 결국 파손될 수 있습니다. 이 글에서는 항복 강도 계산에 대한 모든 것을 설명했습니다.