나사 풀림 방지, 회전 풀림·축력 손실을 원인별로 정리했습니다
파텍시스템 기술팀 · 2026-10-29 수정
핵심 요약
- 나사 풀림은 진동으로 너트·볼트가 돌아가며 풀리는 회전 풀림과, 회전 없이 침하·크리프로 축력만 줄어드는 경우로 나뉩니다.
- 가로 미끄럼에서 시작하는 진동 풀림은 충분하고 고른 축력으로 먼저 막습니다. 풀림 방지 부품은 Junker 시험 결과로 고르며, 스프링 와셔(DIN 127)로는 진동 풀림을 막지 못합니다.
- 침하는 체결 속도를 낮추거나 단계 체결·대기 시간을 두어 줄이고, 재조임 측정으로 확인합니다.
들어가며
정해진 토크로 조였는데 설비를 돌린 뒤 나사가 헐거워졌다는 문제가 현장에서 자주 나옵니다. 나사 풀림은 대부분 부품을 잡아 주는 힘인 축력과 관계가 있습니다.
파텍시스템은 1996년부터 DEPRAG 자동 나사체결 시스템을 한국 제조 라인에 공급해 온 회사입니다. 이 글에서는 풀림을 원인별로 나누고 설계·부품·체결 공정에서 할 수 있는 대책을 정리합니다.
나사 풀림은 두 갈래로 나뉩니다
첫째는 회전 풀림(자기 풀림)입니다. 진동·반복 하중으로 너트나 볼트가 조금씩 돌아가며 풀립니다. 둘째는 회전 없는 축력 손실입니다. 나사가 돌지 않아도 접촉면이 눌려 내려앉는 침하(정착)나 재료의 크리프로 축력이 줄어듭니다. 두 경우 모두 축력이 낮아지지만, 원인이 다르므로 대책도 다릅니다.
진동 풀림은 가로 미끄럼에서 시작합니다
진동 풀림의 가장 흔한 원인은 볼트 머리나 너트가 체결면에 대해 옆으로 미끄러지는 가로 미끄럼입니다. 미끄러지는 순간 나사산과 머리 아래의 마찰이 잠깐 제 역할을 못 하고, 볼트 축력이 나사산 경사를 따라 너트를 풀리는 쪽으로 아주 조금 돌립니다. 이 움직임이 반복되면 축력이 계속 줄어듭니다. 가로 미끄럼이 생기지 않으면 볼트는 풀리지 않습니다.
가로 미끄럼은 부품이 휘거나 부품 재료끼리 열팽창 차이가 있을 때 생길 수 있습니다. 외력이 체결면을 옆으로 미는 경우에도 생길 수 있습니다.
1960년대 독일의 Gerhard Junker 연구에서 체결부를 가로 방향으로 반복해 흔드는 하중이 자기 풀림에 가장 가혹한 조건임이 밝혀졌습니다. 이 원리로 만든 시험이 Junker 시험(진동 풀림 시험)입니다. 현재 ISO 16130, DIN 25201-4 등으로 규격화되어 있으며, 옛 규격 DIN 65151이 그 전신입니다. 풀림 방지 부품의 성능을 비교할 때 이 시험 결과를 확인합니다.
돌지 않아도 축력은 줄어듭니다: 침하
DEPRAG 나사 체결 기술 자료에 따르면 거의 모든 나사 접합부에서 잔류 토크나 축력을 줄이는 정착(침하)이 생깁니다. 접촉면의 미세한 요철이 눌려 평평해지는 정착과, 재료가 시간이 지나며 조금씩 변형되는 크리프가 원인입니다. 크리프는 재료와 온도의 영향을 받습니다. DEPRAG 자료는 많은 나사 접합부에서 체결 직후 첫 몇 밀리초 동안 정착의 대부분이 일어난다고 설명합니다.
플라스틱처럼 무른 재료에 체결하거나 두 부품 사이에 씰(밀봉재)이 들어가면 침하가 큽니다. DEPRAG 자료에는 펌프 하우징과 커버 사이의 실리콘 씰을 나사 4개로 체결하는 예가 나옵니다. 체결할 때 축력이 충분해도 실리콘이 자리 잡으며 축력이 점점 줄어 결국 밀봉이 되지 않습니다. 이런 경우는 계산만으로 정확히 예측하기 어려워 대부분 실제 부품으로 시험해야 합니다.
가장 먼저 볼 것은 축력입니다
진동 풀림을 막는 핵심은 체결면이 옆으로 미끄러지지 않을 만큼 충분한 축력입니다. 필요한 축력은 VDI 2230 등의 체결부 해석으로 정합니다. 토크 단독 제어는 축력 산포가 커서(체결계수 최대 4.0) 같은 설정으로 조여도 축력이 낮게 나온 나사는 필요한 축력에 못 미칠 수 있습니다. 산포를 줄이는 회전각법·항복점 제어·축력 제어는 나사 체결 방식 비교에서 다룹니다.
풀림 방지 부품은 시험 결과로 고릅니다
진동 풀림에는 나사산이나 머리 아래의 미끄럼 자체를 막는 방식이 효과가 있습니다. 나사산에 바르는 나사 고정제(화학적 고정)와 미끄럼을 막는 쐐기형 와셔가 그 예입니다. 나사 고정제는 미리 도포된(마이크로캡슐) 나사로도 공급됩니다. 이때는 체결 토크 조건이 달라질 수 있으므로 체결 조건을 함께 확인해야 합니다. DEPRAG 나사 접합부 분석 항목에도 실란트나 마이크로캡슐 접착제의 유무 확인이 포함되어 있습니다.
흔히 쓰는 스프링 와셔(DIN 127)는 진동 풀림을 막지 못하고 오히려 돕는다는 시험 결과가 있어 요즘 설계에서는 잘 지정하지 않습니다. DIN 127 규격도 대체 규격 없이 폐지되었습니다. 부품을 바꾸기 전에는 해당 부품의 Junker 시험 결과를 확인해 보세요. 침하로 생기는 축력 손실은 풀림 방지 부품만으로 막을 수 없습니다.
침하는 체결 공정에서 줄입니다
DEPRAG 자료에 따르면 체결 속도를 조금 낮춰 체결 시간을 늘리면 정착의 상당 부분이 체결 중에 일어나 개선되는 경우가 있습니다. 이것으로 부족하면 체결을 단계로 나눕니다. 예를 들어 최종 토크의 80%까지 조인 뒤 대기 시간을 두고 최종 체결합니다. 예비 체결·대기·풀기·재체결을 조합하는 방법도 쓸 수 있습니다.
정착이 얼마나 일어났는지는 일정 시간 뒤 다시 조여 보는 재조임(추가 토크) 측정으로 확인합니다. DEPRAG 자료에 따르면 기계식 토크 렌치는 정확도가 낮아 첫 확인에만 쓰고, 정확한 측정 기기로 측정해야 합니다. 재조임 과정은 문서로 남기며, 그 결과를 확인한 뒤 원래 체결 토크를 다시 정합니다.
DEPRAG 나사 접합부 분석
DEPRAG은 실제 부품으로 나사 접합부를 분석합니다. 마찰 손실과 접합부 침하를 살펴 체결 매개변수·체결 순서와 알맞은 체결 장비를 권장합니다. DEPRAG Plus와 EC·EC-Servo 체결 시스템은 AST 컨트롤러와 함께 체결 곡선과 체결 결과를 기록하고 DEPRAG Graph Viewer로 분석할 수 있습니다.
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자주 묻는 질문
Q1. 토크를 높이면 풀림이 해결되나요?
축력을 더 확보하는 것은 진동 풀림의 기본 대책입니다. 다만 나사 등급이 허용하는 범위 안이어야 합니다. 토크 단독 제어는 산포가 커서 토크만 높여서는 하한 축력이 보장되지 않을 수 있습니다. 침하가 원인이면 토크를 높여도 시간이 지나며 축력이 줄어듭니다.
Q2. 스프링 와셔를 쓰면 안 되나요?
진동 풀림 방지용으로는 효과가 없다는 시험 결과가 있고, 규격(DIN 127)도 폐지되었습니다. 풀림 방지가 목적이라면 Junker 시험 결과가 있는 부품이나 나사 고정제를 검토해 보세요.
Q3. 나사가 돌지 않았는데 축력이 줄어든 이유는 무엇인가요?
침하(정착)나 크리프 때문입니다. 무른 재료·씰·도장면처럼 눌리는 층이 있을수록 축력 손실이 큽니다. 체결 속도를 낮추거나 단계 체결·대기 시간을 두고, 재조임 측정으로 확인합니다.
Q4. 풀림 방지 부품의 성능은 어떻게 비교하나요?
체결부를 가로로 반복해 흔드는 Junker 시험(ISO 16130 등)에서 축력이 얼마나 유지되는지 확인합니다. 부품 공급사에 시험 조건과 결과를 요청해 같은 조건으로 비교해 보세요.
마무리
나사 풀림은 진동에 의한 회전 풀림과 침하에 의한 축력 손실로 나뉩니다. 회전 풀림은 충분하고 고른 축력과 시험으로 검증된 풀림 방지 방법으로 줄입니다. 침하는 체결 속도·단계를 조정해 줄이고 재조임 측정으로 확인합니다. 어느 경우든 출발점은 축력을 아는 것입니다.
파텍시스템은 1996년부터 DEPRAG 자동 나사체결 시스템을 한국 제조 라인에 공급해 온 회사입니다. 풀림이 생기는 부품, 나사 규격·등급, 체결면 재료와 씰·도장 유무, 현재 체결 조건을 알려 주시면 1:1 기술 상담에서 원인과 체결 방식·장비 사양을 함께 검토합니다. 영업일 기준 2일 내에 회신드리며, 상담료는 무료입니다.
참고 자료
- DEPRAG, Screwdriving Technology 기술 자료(D0080) — 침하(정착)·재조임·단계 체결
- DEPRAG, Software Solutions(D3900) — 체결 곡선 기록·Graph Viewer
- ISO 16130 — 가로 하중 아래 볼트 체결부 풀림 시험(Junker 시험), 옛 DIN 65151
- VDI 2230 Blatt 1 — 고하중 볼트 체결부의 체계적 계산
