유한요소 해석을 이용한 너트-구속 원통 간극에 따른 체결 특성 고찰

초록

너트는 볼트와 짝을 이뤄 나사산을 통한 상호작용을 이용해 물체에 외력이 작용하더라도 이를 이겨내고 체결 상태를 유지하는 역할을 한다. 추가적인 목적에 따라 너트와 볼트의 형태, 나사산의 형상, 그리고 체결 방법 등이 달라질 수 있으나 기본적인 역할은 동일하다. 분리 너트는 특정 시점에 빠르고 정확하게 체결을 해제해야 한다는 추가적인 목적을 갖고 있지만, 분리 시점까지는 물체에 외력이 작용하더라도 체결이 해제되지 않도록 하는 ‘너트’로서의 역할을 충실히 수행해야 한다. 그러나 분리된 너트는 일반적인 너트와 달리 너트가 여러 조각으로 나뉘어져 있으며, 각각이 독립적인 자유도를 가진다. 따라서 분리 해제 전까지는 너트가 제자리에서 체결 상태를 유지할 수 있도록 구속해야 한다. 설계한 분리 너트의 분리 매커니즘에 따라 너트를 구속하는 방식이 달라지겠지만, Fig 1. 과 같이 분리된 너트를 원통 형태의 ‘구속 원통’으로 감싸는 방식으로 구속하는 경우, 설계 단계에서부터 너트의 외경 및 구속 원통 내경에 치수 차이가 존재 하거나, 부품 제작 공정에서 공차가 발생하여 분리된 너트와 구속원통사이 틈인 ‘간극’이 발생하게 된다. 이로 인해 체결 특성이 일반 너트와는 달라질 수 있으며, 달라진 체결 특성이 분리 너트의 성능에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 본 연구에서는 유한요소해석을 이용하여, 너트와 너트를 구속하는 구속 원통 사이 간극에 따른 체결 특성을 확인해 보았다.