기계공작법

6 편 측 정

5 장 나사측정(교과서 p.542)

나사를 사용 목적에 따라 분류하면 체결용(締結用) 나사와 운동용(運動用) 나사가 있고, 나사산의 형상에 따라 분류하면 3각나사, 둥근나사, 제형(梯形)나사, 4각나사, 톱니나사 등이 있다.

나사산의 형상

본 장에서는 3각나사의 측정법에 대하여 기술하며, KS 규격에서 다음과 같이 규정하고 있다.

보통나사의 기준산형

나사를 측정할 때 다음 그림에 표시된 5가지 요소를 측정한다.

숫나사의 요소

바깥지름(outside diameter): 나사산 끝과 끝을 접하는 가상 원통의 지름(d)
골지름(full diameter): 나사의 골과 골을 접하는 가상 원통의 지름(d₁)
pitch: 축선을 포함하는 평면 내에서 이웃하는 나사산과 산 또는 골과 골 사이의 거리(p)
유효지름, pitch 지름(effective diameter, pitch diameter): 나사홈의 너비와 산의 두께가 같도록 한 가상원통의 지름(d₂) ≒ (d₁ + d)/2
나사산의 각(angle of thread)

[1] 나사측정법

(1) gage에 의한 측정:

(1-1) 표준 gage:

앞의 표준 gage에서 이미 기술한 ☞ 표준나사 ring gauge와 표준나사 plug gage가 있다.

(1-2) 한계 gage:

나사가 공차범위에 있는가를 확인하기 위하여 통과측(go end)과 정지측(not go end)이 있는 plug gage와 ring gage가 있다.

한계 gage

(1-3) 각도 gage(screw thread angle gage):

선반의 나사절삭용 bite의 각을 측정하고 설치를 검사하는데 사용되며 그림과 같은 center gage 등이 이에 속한다.

center gage
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(1-4) pitch gauge:

나사의 pitch를 측정하는 gage이며, ☞ 표준 gage를 참조하라.

(2) 수나사의 측정:

(2-1) 나사 micrometer:

그림과 같이 나사 micrometer로 수나사의 바깥지름, 골지름 및 유효지름을 나사축선에 수직인 방향에서 측정한다. 유효지름을 측정하는 micrometer anvil과 spindle의 선단에는 각각 원추형과 V 형 홈이 있으며, 이것을 서로 접촉시켰을 때의 치수를 M₁, 나사의 골과 산에 접촉시켰을 때의 치수를 M₂라 하면 유효지름 d₂는 다음과 같다.

d₂ = d - b = d + 2a - 2a - b = (d + 2a) - (2a + b) = M₂ - M₁

로 되어 M₁은 정해져 있으므로 M₂만 측정하면 유효지름이 계산된다.

micrometer에 의한 수나사 지름 측정
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(2-2) 3 침법(三針法; three wire method ):

그림과 같이 나사의 골에 3개의 침을 끼우고 이들 침의 외측 거리 M을 micrometer, 측장기 등으로 측정하여 수나사의 유효지름을 계산하는 방법이다. 침의 지름을 D, 나사의 pitch를 p, 나사각을 α라 하면 유효지름 d₂는 다음과 같다.

위 식에서 침의 지름 D는 pitch에 따라 정해져 있다. ☜

(2-3) 광학적 방법:

나사측정용 광학장치에는 현미경을 갖는 것과 투영장치를 갖는 것이 있으며, 높은 정밀도를 요하지 않는 짧은 것을 측정할 때에는 공구현미경이 사용되고, 보다 정도 높고 긴 것의 측정에는 윤곽투영기 등이 사용된다. 광학적 측정법은 측정압력으로 인한 오차가 없으며, 유효지름을 직접 읽을 수 있고, 특히 나사각을 정확히 측정할 수 있다.
그림과 같이 대안 lens 상의 十자선에 나사산면 E₁F₁을 겹치게 했을 때 micrometer의 읽음과 E₂F₂를 겹치게 했을 때 micrometer의 읽음의 차가 나사 pitch이고, E₁F₁과 E₃F₃에 대한 읽음의 차가 나사의 유효지름이 된다.

공구현미경에 의한 나사의 pitch 및 유효지름 측정

공구현미경의 대안 lens에는 그림과 같이 형판(型板; templet plate)이 있어 나사각과 pitch를 검사할 수 있고, 분도기의 눈금이 있는 대안 lens를 사용하면 임의 각을 측정할 수 있다.

대안 lens 형판
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(3) 암나사의 측정:

암나사의 측정에는 수나사의 경우에서보다 측정에 어려움이 많고 오차도 크며, 지름 10mm 이하의 나사에 대하여는 측정이 거의 불가능하다. 실제에서는 나사 plug gauge에 의하여 검사하는 것으로 암나사의 측정을 대신하는 경우가 많다. 석고, amalgam 등의 재료로 나사산의 본을 떠서 광학적 방법으로 pitch와 나사산각을 측정할 수도 있으며, 지름이 큰 암나사의 측정에는 그림과 같은 만능 pitch 측정기를 사용한다. bed A 위에 이동대 B가 있고 B에 표준자 C가 고정되어 있으며 lever D가 연결되어 있다. D의 선단에 있는 측정구(測定球) F를 나사골에 따라 움직일 때 B의 이동량을 측정현미경 G로 읽으면 pitch를 알 수 있다.
골지름 d와 안지름 d₁은 내측 micrometer 등으로 측정하고, 유효지름은 3침법에 의하여 측정할 수 있다.

만능 pitch 측정기

(4) taper 나사의 측정:

관(管)과 관부품 등에는 유체의 누설을 막기 위하여 taper 나사를 사용하며, 이에 대한 규격은 KS B 00222에 규정되어 있다. taper 나사는 그림과 같은 taper 나사 검사용 plug gage와 ring gage를 사용하여 검사한다.

taper 나사 gage