나사의 조임과 마찰력 및 효율

1. 나사면 마찰각(ρ)

마찰각 : 수평면 위에 물체를 올려 놓고 그 평면을 점점 기울여 물체가 미끄러지기 시작하는 각도

즉, 마찰이 있는 경사면에 놓인 물체는 경사각도가 마찰각보다 커지면 미끄러진다.

 

1) 사각나사 마찰각 ρ 

나사산의 단면 모양이 사각형이므로, 작용 하중에 접촉하는 면이 평면으로 작용한다.

-> 사각나사에서는 작용면이 평면이므로, 마찰계수(μ)와 유효마찰계수(μ')가 동일하다.

2) 삼각나사 마찰각 ρ

작용 하중에 대해 나사산의 단면 모양이 경사이므로, 나사 반각을 적용하여 유효마찰계수(μ')를 구한다.

-> 작용면이 경사이므로, 유효마찰계수(μ')는 위와 같다.

3) 사다리꼴 나사 마찰각 ρ

미터 나사 (TM계)	인치 나사 (Tr계)

 

 

 

2. 나사의 효율과 동력

1) 나사의 효율 η

효율이란, 입력된 일에 대한 출력된 일의 비를 말한다.

나사의 효율은 외력에 의해 나사를 회전시키는데 필요한 유효 일량(마찰이 없는 경우 회전력)과

나사를 회전시키는데 소요된 일량(마찰을 고려한 회전력)의 비로 규정할 수 있다.

 

2) 들어 올리는데 필요한 소요 동력H

 

 

 

3. 나사의 자립 조건

나사를 죄는 후 힘을 제거하여도 풀리지 않기 위한 나사의 자립조건은 나사면 마찰각(ρ)이 리드각(α)보다 크거나 같아야 하며,

이것은 나사의 회전효율 η <0.5 (나사의 효율이 50%이하)이어야 자립조건이 되는 것을 의미한다.

 

 

• 나사면 마찰각(ρ)이 리드각(α) 보다 작으면 P2 < 0 이 되어 자연히 풀린다. (ρ < α =>  P2 < 0)
• 나사면 마찰각(ρ)이 리드각(α) 보다 크면 P2 > 0 이 되어 힘을 가해야 풀린다. (ρ > α =>  P2 > 0 : 나사의 자립조건성립)

 

 

1) 나사를 죄는 힘 P1

 

2) 나사를 푸는 힘 P2