와셔 사양: ‘M4 와셔’는 서로 다른 세 가지 부품입니다

바깥지름 계열은 셋, 호칭 치수는 하나

ISO 7091은 더 거친 제품 등급의 보통 계열입니다. 그래서 같은 호칭의 와셔라도 서류상 치수는 같으면서 공차와 마무리 품질이 다를 수 있습니다.

와셔 사양 읽는 법

와셔는 다섯 가지로 지정하며, 그중 처음 세 가지가 치수입니다.

• 안지름 — 나사가 통과해야 하므로 나사보다 큽니다. ‘M4 와셔’의 안지름은 4 mm가 아니라 4 mm보다 큽니다
• 바깥지름 — 위의 계열
• 두께 — 작은 치수에서는 머리 높이와 비슷하므로 무시할 수 없습니다
• 재료 — 탄소강, 스테인리스강, 황동, 나일론, 파이버
• 경도 등급과 표면 처리 — 가장 자주 빠지면서 가장 중요한 항목

그래서 와셔를 넣는다면, 실제로 하는 일은 그것이 아닙니다

‘하중을 분산한다’는 흔한 답이지만, 무른 재료가 아니라면 네 가지 중 가장 덜 중요합니다. 실제 이유가 되는 빈도순으로 정리하면 다음과 같습니다.

• 일정한 자리면을 제공합니다. 체결 토크 가운데 얼마가 체결 축력이 되는지는 머리 밑 마찰 계수가 대부분 결정하며, 와셔는 부품 표면 상태와 관계없이 그 면을 매번 같게 만듭니다. 토크 관리의 문제는 바로 여기에 있습니다
• 회전하는 머리에 표면이 긁히지 않게 보호합니다 — 도장 부품에서는 외관, 실링면에서는 기능의 문제입니다
• 크거나 긴 구멍을 덮어 줍니다. 대형 계열이 존재하는 이유가 바로 이 경우입니다
• 자리면 압력을 분산합니다 — 알루미늄, 플라스틱, 목재에서는 실제로 중요하지만 강재에서는 거의 무관합니다

와셔 추가는 체결부 변경입니다

원래 부품에 직접 닿던 머리 밑에 와셔를 넣으면 마찰 접촉면이 옮겨 갑니다. 나사와 부품 사이가 아니라 나사와 와셔, 와셔와 부품 사이가 되며, 마찰 계수도 다르고 미끄러질 수 있는 두 번째 접촉면이 생깁니다.

• 같은 토크에서 얻는 체결 축력이 바뀝니다. 매끄럽고 단단한 와셔라면 대개 높아지며, 이전에는 문제없던 나사산이 과부하될 수 있습니다
• 체결 길이가 와셔 두께만큼 늘어납니다. 이는 자리잡음에 대해 약간 유리하고, 나사 길이를 바꾸지 않으면 나사산 물림 길이를 약간 줄입니다
• 고정되지 않은 와셔는 머리와 함께 돌 수 있으며, 그러면 미끄럼 접촉면이 예고 없이 와셔와 부품 사이로 옮겨 갑니다

종류별로, 주장하는 기능을 실제로 하는가

M3 미만에서는 세 가지가 달라집니다

• 와셔 두께가 머리 높이에서 차지하는 비율이 커집니다 — 이 치수에서는 다른 모든 것도 마찬가지이므로, 물려 있는 나사산의 양이 눈에 띄게 달라집니다
• 취급 비용이 급격히 오릅니다. 낱개 M2 와셔를 안정적으로 공급하는 일은 나사를 공급하는 일보다 어렵습니다. 바로 그래서 SEMS 나사가 있습니다 — 와셔를 공장에서 조립해 떨어지지 않습니다
• 평탄도와 버의 영향이 상대적으로 커집니다. M8 머리 밑에서는 무시할 수 있는 버가 M2 머리 밑에서는 기울어짐이 됩니다

도면에 적을 것

• 표준 번호 — ‘M4 와셔’가 아니라 ISO 7089, ISO 7092 또는 ISO 7093
• 재료와 경도 등급 — 무른 와셔는 자리잡음의 원인이기 때문입니다
• 표면 처리 — 닿는 부품과 맞는지 확인하십시오. 와셔는 체결부의 세 번째 금속입니다
• 애초에 필요한지 여부를 기능으로 적으십시오. ‘일정한 자리면 제공용 와셔’는 원가 절감 검토에서 살아남지만, 설명 없는 항목은 살아남지 못합니다

그 표의 한 줄은 근거 문서를 완전히 잃었습니다. DIN 137로 팔리는 웨이브 와셔와 곡면 스프링 와셔는 대체 표준 없이 폐지된 표준을 근거로 삼고 있습니다.

이 글은 3단계: 머리를 다룹니다. 전체 순서는 모재, 나사산, 머리, 구동부, 표면 처리, 문서이며, 순서를 바꾸면 재작업이 되는 이유는 영어 글 Specifying a screw에 설명되어 있습니다.

자주 묻는 질문

평와셔는 어느 방향으로 끼웁니까?

일반 평와셔에 대해서는 표준이 정하지 않습니다. 방향을 맞출 것이 없기 때문입니다. ISO 7089도 ISO 7090도 조립 방향을 규정하지 않습니다. 모따기 면을 볼트 머리 쪽으로 두라는 흔한 조언은 ISO 7090에도 해당하지 않습니다. 그 모따기는 바깥지름 쪽에 있고 — 적용 범위에 그렇게 명시되어 있습니다 — 구멍은 ISO 7089와 같아서, 뒤집어도 머리 밑 필렛을 위한 여유가 생기지 않습니다. 필렛을 실제로 피하는 와셔에는 접시형 자리파기가 된 구멍이 필요하며, 이에 관한 규칙은 NASA-STD-5020A에 있습니다. 접시형 자리파기 면을 볼트 머리 쪽으로 둡니다. 일반 프레스 와셔에서 중요한 것은 평탄도와 버이며, 치수가 작을수록 그 영향이 상대적으로 커집니다.

와셔 사양은 어떻게 읽습니까?

다섯 가지로 읽습니다. 안지름, 바깥지름, 두께, 재료, 그리고 경도 등급과 표면 처리입니다. 나사가 통과해야 하므로 안지름은 나사보다 큽니다. M4 와셔의 안지름은 4 mm보다 큽니다. 바깥지름은 계열로 정해지며, 경도는 가장 자주 빠지면서 가장 중요한 항목입니다. 주변 부품보다 무른 와셔는 머리 아래에서 변형되어 초기 체결력을 잃기 때문입니다.

같은 치수의 와셔인데 왜 바깥지름이 다릅니까?

평와셔에는 여러 바깥지름 계열이 있기 때문입니다. 작은 것부터 소형(ISO 7092 / DIN 433), 보통(ISO 7089 / DIN 125), 대형(ISO 7093 / DIN 9021, 호칭 지름의 약 3배), 특대형(ISO 7094)입니다. 소형과 대형 사이에서 바깥지름은 두 배 넘게 커지며, 이것이 와셔가 자리파기 안에 들어가는지, 무른 재료가 얼마의 자리면 면적을 얻는지를 결정합니다. 치수가 아니라 표준 번호를 지정하십시오.

와셔는 실제로 무엇을 위한 것입니까?

대개는 머리 밑 마찰이 재현되도록 일정한 자리면을 제공하기 위해서입니다. 가한 토크 가운데 얼마가 체결 축력이 되는지는 머리 밑 마찰이 대부분 결정합니다. 그다음이 회전하는 머리로부터 표면을 보호하는 것, 크거나 긴 구멍을 덮는 것입니다. 교과서의 흔한 답인 자리면 압력 분산은 알루미늄, 플라스틱, 목재에서는 실제로 중요하지만 강재에서는 거의 무관합니다.

와셔를 추가하면 체결부가 바뀝니까?

바뀝니다. 마찰 접촉면이 나사–부품에서 나사–와셔와 와셔–부품으로 옮겨 가고, 마찰 계수가 달라지며 미끄러질 수 있는 두 번째 면이 생깁니다. 따라서 같은 토크로 얻는 체결 축력이 바뀌며, 매끄럽고 단단한 와셔라면 대개 높아져 이전에는 문제없던 나사산이 과부하될 수 있습니다. 체결 길이도 와셔 두께만큼 늘어납니다. 부품표에 공짜로 추가하는 항목이 아니라 재검증이 필요한 변경으로 다루십시오.

스프링 와셔는 효과가 있습니까?

NASA 체결 부품 설계 매뉴얼은 분할형이 초기 체결력에 눌려 평평해지면 잠금에 쓸모가 없다고 평가하며, 일반 체결 축력보다 훨씬 낮은 하중에서 평평해집니다. 이붙이 와셔는 상대면을 물어 작동하므로 코팅이 벗겨지고 부식 문제가 시작될 수 있습니다. 경사면 한 쌍으로 된 웨지 록 와셔는 횡진동 시험에서 효과가 있습니다. 접시 스프링은 또 다른 문제를 해결합니다. 회전을 막는 것이 아니라 자리잡음과 열 사이클을 거치는 동안 초기 체결력을 유지합니다.

참고 자료

• ISO 7089 — Plain washers — Normal series, product grade A
• ISO 7092 — Plain washers — Small series, product grade A
• ISO 7093-1 — Plain washers — Large series
• NASA RP-1228 — Fastener Design Manual(분할형 스프링 와셔 평가)