와셔
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1. 개요
와셔는 볼트나 너트와 함께 사용되어 좌면 보호, 풀림 방지, 기밀 유지, 절연 등의 다양한 목적으로 사용되는 부품이다. 평 와셔, 스프링 와셔, 톱니 와셔 등 여러 종류가 있으며, 용도와 재질에 따라 다양한 형태로 제작된다. 와셔는 하중 분산, 풀림 방지, 전기 절연 등 다양한 기능을 수행하며, 재료는 강철, 비철금속, 플라스틱 등 다양하게 사용된다. 또한, 난형 러그와 같은 유사 부품도 존재한다.
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| 와셔 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 종류 | 기계 부품 |
| 용도 | 하중 분산, 진동 감소, 마찰 방지 |
| 관련 항목 | 나사 볼트 너트 체결구 |
| 상세 정보 | |
| 정의 | 일반적으로 체결 장치(예: 볼트 또는 나사)의 하중을 분산하는 데 사용되는 구멍이 있는 얇은 판 |
| 재료 | 강철 스테인리스강 황동 플라스틱 |
| 형태 | 평면 와셔 스프링 와셔 록 와셔 특수 와셔 |
| 기능 | 하중 분산 마찰 감소 진동 감소 간격 조정 부식 방지 |
| 표준 | DIN 125 ISO 7089 ANSI B18.22.1 |
| 참고 사항 | 와셔는 다양한 크기, 재료, 마감재로 제공됨 |
2. 용도
와셔는 다양한 용도로 사용된다. 크게 좌면 보호, 풀림 방지, 기밀 유지, 그리고 절연 및 도전 목적으로 나눌 수 있다.
- 좌면 보호: 너트나 볼트 머리가 체결재에 파고드는 것을 막거나, 구멍이 클 때 좌면을 안정시킨다. 평와셔, 펜더 와셔, 구면 와셔, 앵커 플레이트, 토크 와셔 등이 있다.
- 풀림 방지: 진동 등으로 인해 볼트 체결부가 풀리는 것을 막는다. 벨빌 와셔, 곡선 디스크 스프링, 웨이브 와셔, 분할 와셔, 톱니 잠금 와셔, 탭 와셔, 웨지 잠금 와셔 등이 있다.
- 기밀 유지: 유체나 가스 연결 부위를 밀봉한다. 크러시 와셔 등이 사용된다.
- 절연 및 도전: 전기 기기 등에서 절연이 필요한 경우 종이나 플라스틱 와셔를 사용하고, 접지가 필요한 경우 전도성 금속 와셔를 사용한다.
2. 1. 좌면 보호
체결재에 너트나 볼트 머리가 파고드는 현상(좌면 함몰)을 방지하거나, 구멍 지름이 볼트 지름에 비해 큰 경우 좌면을 안정시키기 위해 사용된다.| 명칭 | 이미지 | 설명 |
|---|---|---|
| 평와셔 (또는 "플랫 와셔") |  | 나사 체결 시 하중을 분산시키기 위해 사용되는 평평한 환 또는 링으로, 금속으로 제작되는 경우가 많다. 구멍의 지름이 고정 너트보다 클 때 사용할 수 있다.[2][3] |
| 펜더 와셔 (미국), 페니 와셔, 머드가드 와셔, 또는 "수리 와셔" (영국) |  | 중앙 구멍에 비해 외부 지름이 특히 큰 평 와셔이다. 얇은 판금에 하중을 분산시키는 데 사용되며, 자동차 펜더에 사용되는 데서 이름이 유래되었다. 녹이나 마모로 인해 커진 구멍에 연결하는 데에도 사용할 수 있다. 영국에서는 원래 구 영국 페니의 크기에서 이름이 유래되었다. 영국에서는 대부분의 산업에서 OD가 구 페니의 두 배에 달하는 경우에도 모든 큰 OD 와셔를 페니 와셔라고 부른다. |
| 구면 와셔 너트 및 나사 | 자동 정렬 너트의 일부; 반경이 있는 표면이 하나 있는 와셔로, 부품 간에 최대 몇 도의 정렬 불량을 허용하기 위해 결합 너트와 함께 사용하도록 설계되었다.[6] | |
| 앵커 플레이트 또는 벽 와셔 |  | 타이 로드 또는 볼트에 연결된 큰 플레이트 또는 와셔. 앵커 플레이트는 구조적 보강을 위해 석조 건물 외벽에 사용된다. 눈에 띄기 때문에 많은 앵커 플레이트는 장식적인 스타일로 만들어진다.[4] |
| 토크 와셔 | 목공에서 캐리지 볼트와 함께 사용되며, 캐리지 볼트의 사각형이 들어갈 수 있는 중앙에 사각형 구멍이 있다. 와셔의 이빨 또는 갈고리는 나무에 파고들어 너트를 조일 때 볼트가 자유롭게 회전하는 것을 방지한다.[5] |
2. 2. 풀림 방지
볼트 체결부가 진동 등으로 인해 풀리는 것을 방지하기 위해 잠금 와셔, 잠금 너트, 잼 너트, 나사 고정 액체 등의 방법이 사용된다.
2. 3. 기밀 유지
와셔라는 용어는 종종 수도꼭지의 제어 밸브를 밀봉하는 데 사용되는 것과 같은 다양한 개스킷 유형에 적용된다. 기밀을 유지하기 위해 구리, 알루미늄 등의 연질 금속, 고무, 폴리카보네이트, PTFE 등의 재질도 사용된다. 이 경우 개스킷이라고 불리기도 한다.| 이름 | 이미지 | 설명 |
|---|---|---|
| 크러시 와셔 | 알루미늄 또는 구리와 같은 부드러운 금속으로 만들어진 와셔이다. 유압 시스템 및 내연 기관에서 발견되는 것과 같은 유체 또는 가스 연결을 밀봉하는 데 사용된다.[20] |
2. 4. 절연 및 도전
전기 기기 등에서 절연이 필요한 경우를 위해, 종이나 플라스틱으로 된 와셔가 사용되는 경우가 있다. 반대로, 접지로 이용되는 부위에서는 반드시 전도성이 있는 금속제 와셔를 사용해야 한다.3. 종류
와셔는 크게 평 와셔, 스프링 와셔, 록 와셔로 분류할 수 있다. 평 와셔는 하중을 분산시키고 표면 손상을 방지하며, 전기 절연 기능을 제공한다. 스프링 와셔는 축 방향 유연성을 통해 진동으로 인한 풀림을 방지한다. 록 와셔는 고정 장치의 회전을 방지하여 조이거나 풀리는 것을 막는다.[26]
미국 국립 표준 협회(ANSI)는 평 와셔에 대한 표준을 제공하며, A형은 정밀도가 낮은 넓은 공차, B형은 좁은 공차를 가진다. 영국 표준 메트릭 시리즈 금속 와셔(BS4320)는 "폼" A부터 G까지 외부 직경과 두께를 규정한다. 폼 A는 일반 직경과 두께, 폼 B는 일반 직경과 얇은 두께, 폼 C는 큰 직경과 일반 두께, 폼 D는 큰 직경과 얇은 두께를 가진다. 폼 E, F, G는 더 큰 직경과 두께를 가진다.[27]
표준 미터법 플랫 와셔의 크기는 아래 표와 같으며, DIN 125(철회됨) 및 ISO 7089 표준을 따른다.
| 공칭 나사 크기, M(mm) | 나사 피치 나사산, P(mm) | 직경(mm) | 두께, H(mm) | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1차 선택 | 2차 선택 | 코스 | 파인 | 내부 구멍, d1 | 외부, d2 | |
| 1 | 0.25 | 1.1 | 3 | 0.3 | ||
| 1.2 | 0.25 | 1.3 | 3.5 | 0.3 | ||
| 1.4 | 0.3 | 1.5 | 4 | 0.3 | ||
| 1.6 | 0.35 | 1.7 | 4 | 0.3 | ||
| 1.7 | 1.8 | 4.5 | 0.3 | |||
| 1.8 | 0.35 | |||||
| 2 | 0.4 | 2.2 | 5 | 0.3 | ||
| 2.5 | 0.45 | 2.7 | 6 | 0.5 | ||
| 2.6 | 2.8 | 7 | 0.5 | |||
| 3 | 0.5 | 3.2 | 7 | 0.5 | ||
| 3.5 | 0.6 | 3.7 | 8 | 0.5 | ||
| 4 | 0.7 | 4.3 | 9 | 0.8 | ||
| 5 | 0.8 | 5.3 | 10 | 1 | ||
| 6 | 1 | 0.75 | 6.4 | 12 | 1.6 | |
| 7 | 1 | 7.4 | 14 | 1.6 | ||
| 8 | 1.25 | 1 | 8.4 | 16 | 1.6 | |
| 10 | 1.5 | 1.25 or 1 | 10.5 | 20 | 2 | |
| 12 | 1.75 | 1.5 or 1.25 | 13 | 24 | 2.5 | |
| 14 | 2 | 1.5 | 15 | 28 | 2.5 | |
| 16 | 2 | 1.5 | 17 | 30 | 3 | |
| 18 | 2.5 | 2 or 1.5 | 19 | 34 | 3 | |
| 20 | 2.5 | 2 or 1.5 | 21 | 37 | 3 | |
| 22 | 2.5 | 2 or 1.5 | 23 | 39 | 3 | |
| 24 | 3 | 2 | 25 | 44 | 4 | |
| 27 | 3 | 2 | 28 | 50 | 4 | |
| 30 | 3.5 | 2 | 31 | 56 | 4 | |
| 33 | 3.5 | 2 | 34 | 60 | 5 | |
| 36 | 4 | 3 | 37 | 66 | 5 | |
| 39 | 4 | 3 | 40 | 72 | 6 | |
| 42 | 4.5 | 3 | 43 | 78 | 7 | |
| 45 | 4.5 | 3 | 46 | 85 | 7 | |
| 48 | 5 | 3 | 50 | 92 | 8 | |
| 52 | 5 | 4 | 54 | 98 | 8 | |
| 56 | 5.5 | 4 | 58 | 105 | 9 | |
| 60 | 5.5 | 4 | 62 | 110 | 9 | |
| 64 | 6 | 4 | 66 | 115 | 9 | |
| 68 | 70 | 120 | 10 | |||
| 72 | 74 | 125 | 10 | |||
| 76 | 78 | 135 | 10 | |||
| 80 | 82 | 140 | 12 | |||
| 85 | 87 | 145 | 12 | |||
| 90 | 93 | 160 | 12 | |||
| 100 | 104 | 175 | 14 |
3. 1. 평와셔 (Plain Washer)
나사 체결 시 하중을 분산시키기 위해 사용되는 평평한 환 또는 링으로, 금속으로 제작되는 경우가 많다. 구멍의 지름이 고정 너트보다 클 때 사용할 수 있다.[2][3]
평와셔(plain washer|플레인 와셔영어)는 JIS B 1256 규격의 납작한 원반 모양 부품이다. 나사에 비해 구멍이 크거나 연질 재료 등 축력에 대해 충분한 좌면을 얻을 수 없는 경우에 사용된다. 체결물과의 강도 차이가 크면 좌면 함몰이 발생할 수 있으므로, 좌면 강도와 축력을 고려하여 선택해야 한다.
3. 2. 스프링 와셔 (Spring Washer)
스프링 와셔(spring washer영어)는 평 와셔의 일부를 절단하고, 절단면을 비틀어 스프링 작용을 갖게 한 것이다. 오른나사에 대해 풀림 방지 효과를 발휘하기 위해 절단면을 앞으로 했을 때 오른쪽이 위가 되도록 비틀어져 있으며, 위에서 볼트를 끼우고, 스프링 와셔, 피고정물, 너트 순으로 조인다.진동부에서의 풀림 방지 효과는 제한적이며[29], 스프링 와셔를 사용하면 더 작은 힘으로 풀려버릴 가능성이 3차원 유한 요소법 해석에 의해 나타나고 있다.[30] 즉, 스프링 와셔는 만능이 아니며 적절한 조건 하에서 사용해야 한다.[31]
스프링 와셔의 각부가 너트 좌면에 파고들어 걸리는 효과로 풀림 방지 효과를 얻는다는 점이 시사되고 있지만[30], 이 각부를 중심으로 한 회전에 의해 작은 힘으로 풀려버릴 가능성도 동시에 시사되고 있다.
분할 와셔 또는 스프링 잠금 와셔는 한 점에서 갈라져 나선형으로 구부러진 링이다. 이렇게 하면 와셔가 패스너 헤드와 기판 사이에 스프링 힘을 가하여 와셔가 기판에 단단히 고정되고 볼트 나사가 너트 또는 기판 나사에 단단히 고정되어 마찰과 회전 저항이 더 많이 발생한다. 적용 가능한 표준은 ASME B18.21.1, DIN 127 B, 미국 군사 표준 NASM 35338(이전 MS 35338 및 AN-935)이다.[9]
스프링 와셔는 좌회전 나선형이며 우회전 방향, 즉 시계 방향으로만 나사를 조일 수 있다. 좌회전 운동이 가해지면 돌출된 가장자리가 볼트나 너트의 아래쪽과 볼트가 조여지는 부분에 물려서 회전을 방지한다. 따라서 스프링 와셔는 좌측 나사산 및 경화된 표면에 효과가 없다. 또한 스프링 와셔 아래에 평 와셔와 함께 사용해서는 안 된다. 이렇게 하면 스프링 와셔가 회전을 방지할 부품을 물지 못하게 된다.
스프링 잠금 와셔의 사용과 효과에 대해서는 논쟁이 있어 왔으며, 일부 간행물[10]은 조여졌을 때 와셔가 기판에 평평하게 놓여 동일한 토크에서 일반 와셔보다 더 이상 회전 저항을 제공하지 않는다는 이유로 사용을 권장하지 않는다. 1990년 NASA 매뉴얼에는 "요약하면 이러한 유형의 잠금 와셔는 잠금에 쓸모가 없습니다."라고 명시되어 있다.[6][11] 그러나 스프링 와셔는 약간 풀렸을 때 볼트를 기판에 고정하고 마찰을 유지하는 반면, 일반 와셔는 그렇지 않다.
스프링 잠금 와셔의 장점은 와셔의 사다리꼴 모양에 있다. 볼트의 인장 강도 근처의 하중으로 압축되면 비틀리고 평평해진다. 이렇게 하면 볼트 체결부의 스프링 속도가 감소하여 동일한 진동 수준에서 더 많은 힘을 유지할 수 있다. 이렇게 하면 풀림을 방지할 수 있다.[12]
3. 3. 톱니 와셔 (Tooth Lock Washer)
'''국화 와셔'''(JIS B 1255)는 와셔의 바깥쪽 또는 안쪽에 국화 꽃잎처럼 많은 톱니가 있으며, 그 끝이 구부러져 있는 와셔이다. 볼트와 너트를 조일 때 구부러진 부분이 찌그러짐으로써 과도한 축력을 방지한다.[32] 이 때문에 톱니 부분을 완전히 찌그러뜨려서는 안 된다.
톱니 와셔에는 다음과 같은 종류가 있다.
- 안톱니형
- 바깥톱니형
- 접시형
- 안바깥톱니형
3. 4. 기타 와셔
| 명칭 | 이미지 | 설명 |
|---|---|---|
| 펜더 와셔 (미국), 페니 와셔, 머드가드 와셔, 또는 "수리 와셔" (영국) | 중앙 구멍에 비해 외부 지름이 특히 큰 평 와셔이다. 얇은 판금에 하중을 분산시키는 데 일반적으로 사용되며, 자동차 자동차 펜더에 사용되는 데서 이름이 유래되었다. 녹이나 마모로 인해 커진 구멍에 연결하는 데에도 사용할 수 있다. 영국에서는 원래 구 영국 페니의 크기에서 이름이 유래되었다. 영국에서는 대부분의 산업에서 OD가 구 페니의 두 배에 달하는 경우에도 모든 큰 OD 와셔를 페니 와셔라고 부른다. | |
| 구면 와셔 | 자동 정렬 너트의 일부로, 반경이 있는 표면이 하나 있는 와셔이다. 부품 간에 최대 몇 도의 정렬 불량을 허용하기 위해 결합 너트와 함께 사용하도록 설계되었다.[6] | |
| 앵커 플레이트 또는 벽 와셔 | 타이 로드 또는 볼트에 연결된 큰 플레이트 또는 와셔. 앵커 플레이트는 구조적 보강을 위해 석조 건물 외벽에 사용된다. 눈에 띄기 때문에 많은 앵커 플레이트는 장식적인 스타일로 만들어진다.[4] | |
| 토크 와셔 | 목공에서 캐리지 볼트와 함께 사용되며, 캐리지 볼트의 사각형이 들어갈 수 있는 중앙에 사각형 구멍이 있다. 와셔의 이빨 또는 갈고리는 나무에 파고들어 너트를 조일 때 볼트가 자유롭게 회전하는 것을 방지한다.[5] |
와셔라는 용어는 종종 수도꼭지의 제어 밸브를 밀봉하는 데 사용되는 것과 같은 다양한 개스킷 유형에 적용된다.
| 이름 | 이미지 | 설명 |
|---|---|---|
| 캡스 너트 또는 K-락 너트 |  | 일체형으로 회전 가능한 와셔가 있는 너트. 와셔가 고정되어 있어 조립이 더 쉽다. |
| 자동 정렬 와셔 | 2개의 부분으로 구성된 와셔: 한쪽 부분은 볼록한 구면을 가지고 있고, 다른 부분은 오목한 면을 가지고 있어, 나사 또는 너트 체결구의 축에 수직하지 않은 표면에 조일 수 있도록 한다. 이는 구면 와셔 및 자동 정렬 너트와 유사하다. | |
| 톱햇 와셔 | 수도관 탭 피팅에 사용되는 숄더 와셔 유형. | |
| 절연 숄더 와셔 | 부착 나사를 고정된 표면으로부터 전기적으로 절연하는 데 사용된다. 일반적으로 나일론으로 만들어지며, 고온을 견딜 수 있도록 테플론, PEEK 또는 기타 플라스틱으로도 만들어진다. | |
| 키 와셔 | 회전을 방지하는 키가 있는 와셔로, 위쪽 너트에 가해지는 토크로 인해 아래쪽 너트가 회전하는 것을 방지하면서 두 개의 너트를 제자리에 고정하는 데 사용된다(예: 나사산 방식 헤드셋의 자전거). | |
| 토크 제한 와셔 | 다양한 토크 감지 응용 분야에 사용되는 와셔 유형으로, 토크를 미리 결정된 수준으로 제한하고 그 이상으로 넘어가지 않도록 설계되었다. | |
| 도티 와셔 | 고압 액체 또는 가스에 대해 강력한 밀봉을 제공하기 위해 중앙에 고무 링이 있다. |
DIN 125 미터 와셔 표준은 A형과 B형의 하위 유형을 나타낸다. ISO 7089는 이를 Form A로, ISO 7090은 Form B로 부른다. 이들은 전체 크기는 동일하지만, B형은 한쪽 면이 모따기 처리되어 있다.
베어링 너트와 함께 사용되며, 안쪽에는 하나의 이빨, 바깥쪽에는 다수의 이빨이 있다. 안쪽의 이빨을 축에 낸 홈에 끼우고, 바깥쪽 이빨 중 하나를 베어링 너트 바깥 둘레에 있는 홈에 접어 넣어 풀림을 방지한다.
좌면의 한쪽 면이 볼록하고 오목한 구면으로 된 것이 한 쌍으로 사용된다. 임의의 각도로 조일 수 있다.
내측이 축에 파고들고 외측이 너트의 모서리에 대해 래치의 작용을 하여 풀림을 방지한다.
사각 형태로 양면이 평행하지 않고 일정한 각도가 주어진 와셔. 모재에 대해 구멍의 좌면이 수평이 아닌 형강 등에 사용된다.
웨이브 와셔는 스프링강으로 제작된 평 와셔를 파형으로 구부린 것이다. 압착됨으로써 스프링의 역할을 하여 축 방향의 틈새를 제거한다.
나사의 풀림 방지 및 탈락 방지를 위해 사용되는 경우도 있다. 스프링 와셔의 경우, 절단면으로부터 모재를 보호하기 위해 평 와셔를 넣는 경우가 있지만, 웨이브 와셔의 경우에는 필요하지 않다. 또한 스프링 와셔보다 얇기 때문에 볼트의 돌출량이 작은 곳에도 사용할 수 있다.
4. 재료
와셔는 강철(탄소강, 스프링강, A2 (304) 스테인리스강, A4 (316/316L) 스테인리스강), 비철금속(구리, 황동, 알루미늄, 티타늄, 철, 청동, 아연), 합금(실리콘 청동, 인코넬, 모넬, 하스텔로이), 플라스틱(열가소성 수지 및 열경화성 수지 (예: 폴리에틸렌, PTFE (테플론))), 나일론(나일론 6, 나일론 66, 닐라트론, 테카미드 MDS), 특수 재료(섬유, 세라믹, 고무, 펠트, 가죽, 바이메탈, 운모) 등 다양한 재료로 제작될 수 있다. 페놀 수지는 우수한 전기 절연성을 가지며, 가볍고, 질기며, 낮은 수분 흡수율, 내열성, 내화학성 및 내부식성을 갖는 재료이다. 페놀 와셔는 전기 절연이 필요한 경우 평평한 금속 와셔를 대체하며, 페놀 재료의 대형 시트에서 스탬핑으로 제작된다. "페놀 와셔"라는 용어는 때때로 종이, 캔버스 및 마일러와 같은 적층 재료로 제작된 스탬핑 와셔에 사용된다.
4. 1. 내식성
와셔 재료의 부식 저항성을 향상시키기 위해 다음과 같은 여러 기술이 사용된다.- 금속 코팅: 부식 방지 와셔를 생산하는 데 사용되는 일반적인 코팅은 아연, 카드뮴, 니켈이다. 아연 코팅은 와셔 재료가 손상되기 전에 부식성 물질에 희생되는 희생 표면 층 역할을 한다. 카드뮴은 고품질의 보호 표면을 생성하지만 생물학적으로나 환경적으로 독성이 있다. 니켈 코팅은 마감이 조밀하고 다공성이 아닐 때만 부식으로부터 보호 기능을 추가한다.
- 전기도금: 이 방법은 크롬이나 은과 같은 금속을 사용하여 전해 침전 방식으로 와셔를 코팅하는 것이다.
- 인산염 처리: 아연 인산염 층과 부식 방지 오일을 통합하여 탄력적이지만 연마성 표면을 얻을 수 있다.
- 브라우닝 또는 블루잉: 와셔(일반적으로 강철)를 화학 화합물 또는 알칼리 염 용액에 노출시키면 산화 화학 반응이 일어나 부식 방지, 착색된 표면이 생성된다. 코팅의 무결성은 완제품을 물을 분산시키는 오일로 처리하여 개선할 수 있다.
- 화학 도금: 이 기술은 와셔 표면에 침전되는 니켈-인 합금을 사용하여 극도로 부식 및 연마에 강한 표면을 만든다.[25]
5. 유사 부품
난형 러그(Solder Lug)는 유사한 부품이다.
5. 1. 난형 러그 (Solder Lug)
평 와셔에 리드선을 납땜할 수 있는 단자 부분이 있는 금속 부품이다. 인쇄 회로 기판을 금속 케이스에 나사, 너트, 평 와셔, 스프링 와셔로 부착할 때 등에 평 와셔처럼 나사에 통과시켜 전기적인 접속을 얻을 수 있도록 사용한다. 또한, 금속 케이스, 금속판 등에 나사 구멍을 내고, 거기에 나사, 평 와셔, 스프링 와셔, 너트와 함께 끼워 넣어, 케이스나 금속판 등과 리드선을 전기적으로 접속하고 싶을 때에도 사용된다. 이러한 부품을 '''난형 러그'''라고 한다. 영어로는 solder lug, solder lug terminal, terminal lug solder ring 등이라고 한다.참조
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