볼트 전단강 도 - bolteu jeondangang do

볼트의 전단강도 (shear strength)

대부분의 표준 체결류는 전단 강도가 규격화 되어있지 않다. 이에 반해 리벳 같은 경우는 전단 강도 시험을 해서 비교적 잘 표준화 되어 있다. 

전단 강도는 보통 인장강도의 60% 수준으로 가정하여 설계를 많이한다.

아래 그림의 이중 전단 (double shear) 설계 예에서 보다 바람직한 설계는 우측이다. 전단 부위에 나사산이 적은 것이 좋다 (유효 단면적이 넓게 된다).

출처

https://www.fastenal.com/content/documents/FastenalTechnicalReferenceGuide.pdf

• <공지> 웹 발주 장애 관련안내

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볼트/스크류 플러그·맞춤핀의 강도

이곳에 게재한 내용은 어디까지나 강도를 구하는 방법의 일례입니다. 실제로는 홀 사이 피치 정밀도, 홀의 수직도, 면 조도, 진원도, 플레이트의 재질, 평행도, 열처리의 유무, 프레스 기계의 정밀도, 제품의 생산 수량, 공구의 마모 등 다양한 조건을 고려해야 합니다. 따라서 강도 계산 값은 기준으로 이용해 주십시오. (보증값은 아닙니다.)

• 볼트의 강도
• 스크류 플러그의 강도
• 맞춤핀의 강도

볼트의 강도

1) 볼트 인장 하중을 받는 경우

Pt: 축 방향의 인장 하중 [N]σb: 볼트의 항복 응력 [N / mm 2 ]σt: 볼트의 허용 응력 [N / mm 2 ]
(σt = σb / 안전율 α)As: 볼트의 유효 단면적 [mm 2 ]
As = πd 2 / 4d: 볼트의 유효 직경(골 직경) [mm]

인장 강도를 기준으로 한 Unwin의 안전율 α

기준 강도: 연성 재료 때는 항복 응력 : 취성 재료 때는 파괴 응력

(예) 1개의 육각 홀 붙이 볼트로 P＝1960N{200kgf}의 인장 하중을 반복(편진동)해서 받는 경우에 적정한 사이즈를 구합니다.(육각 홀 붙이 볼트는 재질: SCM435, 38～43HRC, 강도 구분 12.9로 합니다.)

(1) 식을 이용하여 구합니다.

∴ 이것보다 큰 값의 유효 단면적을 아래 표에서 구하고 14.2[mm2]의 M5를 선정하면 됩니다.
또한 피로 강도를 고려하면 표의 강도 구분 12.9에서 허용 하중 2087N{213kgf}의 M6를 선정합니다.

강도 구분 12.9의 항복 응력은 σb＝1098[N/mm2]{112[kgf/mm2]}
허용 응력 σt＝σb/안전율(위 표에서 안전율 5)
= 1098 / 5
= 219.6 [N / mm 2 ] {22.4 [kgf / mm 2 ]}

2) 스트리퍼 볼트와 같이 인장의 충격 하중을 받는 경우는 피로 강도에서 선정합니다.
(마찬가지로 1960N {200kgf} 의 하중을 받고, 스트리퍼 볼트 재질: SCM435, 33～38HRC, 강도 구분10.9입니다.)

아래 표에서 강도 구분 10.9의 허용 하중이 1960N{200kgf} 이상일 때는 3116[N]{318[kgf]}의 M8입니다. 따라서 M8의 나사부를 가지는 축 직경 10mm의 MSB10을 선정합니다. 그리고 전단 하중을 받는 경우는 맞춤핀을 함께 사용해 주십시오.

볼트의 피로 강도(나사의 경우: 피로 강도는 200만 회)

스크류 플러그의 강도

스크류 플러그 MSW30이 충격 하중을 받는 경우의 허용 하중 P를 구합니다.
(MSW30의 재질: S45C, 34～43HRC의 인장 강도σb는 637N/mm2 {65kgf / mm 2 }합니다.)
MSW의 골 직경 부분에서 전단을 받고 파손된다고 하면,

허용 하중 P= τt × A = 38 × 1074 = 40812 [N] {4164 [kgf]}

전단 면적 A = 곡경 d1 × π × L
(곡경 d1 ≒ M-P)
A = (M-P) πL = (30-1.5) π × 12
= 1074 [mm 2 ]
항복 응력 ≒ 0.9 × 인장 강도 수 σb = 0.9 × 637 = 573 [N / mm 2 ]
전단 응력 ≒ 0.8 × 항복 응력
= 459 [N / mm 2 ]
허용 전단 응력 τt = 전단 응력 / 안전율 12
= 459 / 12 [N / mm 2 ] = 38 N / mm 2 ] {3.9 kgf / mm 2 ]}

탭이 부드러운 재질인 경우는 암나사의 골 직경에서 허용 전단을 구합니다.

맞춤핀의 강도

맞춤핀 1개에 7840N{800kgf}의 반복(편진동) 전단 하중이 가해질 때의 적정 사이즈를 구합니다. (맞춤핀의 재질은 SUJ2 경도 58HRC～)

SUJ2의 항복 응력 대응 σb＝1176[N/mm2 ] {120 [kgf / mm 2 ]}

∴MS의 맞춤핀이면 D8 이상의 크기를 선정합니다.
또한 맞춤핀의 사이즈를 약간 크게 통일하면 공구나 재고 등을 절감할 수 있습니다.

나사부에 부하가 가해질 수 있는 방식으로 사용하지 마십시오.

주석

관련 카테고리

• 맞춤핀/단붙이핀/스프링핀

• 나사/볼트

• 스크류 플러그(메카니컬)

• 맞춤핀(프레스 금형 부품)

• 스크류 플러그(프레스 금형용 부품)

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• 맞춤핀(플라스틱형용 부품)