나사의 틈새 (Thread Undercut)
(1) 나사 틈새의 규격과 치수 공차 (예: M10x1.5)
(2) 나사에 틈새(홈)를 만드는 이유
아래 그림은 이해를 돕기 위해 와셔 없이 수나사와 암나사를 체결한 그림으로, 암나사(너트)를 수나사에 끼고 끝까지 돌려 넣은 모양입니다. 나사의 틈새를 만드는 주된 이유는 첫째, 수나사의 끝까지 암나사와의 완전한 체결이 가능하도록 하기 위함이며, 둘째, 가공 시 절삭 공구의 도피 홈(Runout) 역할을 하기 때문입니다.
따라서 틈새의 지름은 나사의 골지름보다 크면 안 되며, 나사의 피치(p)에 의해 틈새 지름을 결정하게 됩니다.
※ 설계 및 가공 실무 지식 보강
자격증 시험뿐만 아니라 실제 기계 설계 실무에서 나사의 틈새(Undercut)는 다음과 같은 중요한 역할을 수행합니다.
- 완전한 밀착(Seating) 보장: 단이 있는 축에 나사를 가공할 때, 틈새가 없으면 깎이지 않은 ‘불완전 나사부’ 때문에 암나사(너트 등)가 축의 단면에 끝까지 밀착되지 못하고 들뜨게 됩니다. 틈새는 이를 방지하여 부품의 정확한 조립을 돕습니다.
- 공구 파손 방지: 선반 가공 시 나사 절삭 바이트가 작업 후 부딪히지 않고 안전하게 빠져나올 수 있는 여유 공간을 제공합니다.
- 응력 집중(Stress Concentration) 고려: 틈새를 만들면 축의 단면적이 줄어들기 때문에, 강도가 요구되는 동력 전달 축을 설계할 때는 홈 모서리에 둥글기(Fillet)를 적용하여 응력 집중을 완화해야 합니다.
(3) 문제 도면의 나사 틈새 / 불완전 나사부 구분법
① 나사의 틈새를 보여주는 경우
오른쪽 끝에 수나사, 스퍼기어와 끼워맞춤되어 있는 축과의 사이에 수나사보다 지름이 작은 원통이 보입니다. 이것이 나사의 틈새이며, 도면에 틈새가 보이면 보이는 틈새 지름을 자로 측정하는 것이 아니라 나사의 피치를 기준으로 KS 규격을 찾아 적용해야 합니다.
② 불완전 나사가 있다는 것을 보여주는 경우
오른쪽 끝에 수나사, 수나사보다 큰 축 사이에 보여지는 원통의 크기가 나사와 같습니다. 이것은 불완전나사부가 있다는 것을 의미하며, 이때 나사부의 길이는 나사의 끝에서 너트의 끝까지 거리를 잰 후 2mm를 더해줍니다.
③ 틈새인지 불완전 나사인지 명확하지 않을 때
아래 그림은 나사의 틈새인지 불완전나사인지 불분명하고, 와셔도 평와셔와 스프링와셔를 각각 1개씩 사용한 경우입니다. 이렇게 명확히 보여주지 않았을 때도 가급적 ‘나사의 틈새’로 작업하시길 권장합니다. 체결되는 지점까지 나사부가 있어야 하는 것이 아니라 최소 2~3mm 나사를 더 내는 것을 감안할 때, 나사의 틈새로 처리하는 것이 설계 오류를 범하지 않는 안전한 방법입니다.
(4) 나사의 틈새 적용 순서 (예: M10)
① 수나사의 지름을 자로 측정하고, 규격집에서 피치를 찾습니다. (M10의 피치는 보통나사일 때 1.5입니다.)
② KS 규격에서 “나사의 틈새” 페이지로 이동하여 피치에 대한 틈새의 치수를 찾습니다. (dg: 틈새의 지름, g1: 틈새의 폭, d: 나사의 호칭지름). 각도는 30도로 합니다. (M10의 틈새지름 dg는 d – 2.3으로 10 – 2.3 = 7.7이며, g1은 2.5입니다.)
아래 그림은 M12, M10, M8을 적용한 모델링 예시입니다.
[마무리 유의사항]
자격시험(일반기계기사, 기계설계산업기사, 전산응용기계제도기능사)에서는 도면에 별도의 나사 호칭과 피치가 주어지지 않았을 때 미터 보통나사와 가는 나사를 굳이 구분하지 않아도 무방합니다.
단, 틈새 작업을 편하게 하기 위해 M6~M30까지 피치 1을 일괄 적용할 때(M6x1, M8x1, M10x1 등), 인벤터의 기본 스레드(Thread) 명령은 사용자가 임의로 변경하지 않으면 피치가 보통나사로 자동 적용됩니다. 피치는 보통나사로 두고 틈새 치수만 가는 나사 규격을 적용하면 아래 그림처럼 골지름이 틈새 지름보다 작아지는 치명적인 모델링 오류가 발생하므로 각별히 유의하시기 바랍니다.
