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풀림방지용 너트 구조 최적화
Structure Optimization of a Nut for Prevention of Bolt Loosening

정광렬    (아주대학교 기계공학부   ); 박태원    (아주대학교 기계공학부   ); 정성필    (아주대학교 기계공학부   ); 정원선    (자동차부품연구원  );
  • 초록

    볼트와 너트는 기기와 구조물등에 기계적인 요소들을 결합하는데 널리 사용되어지고 있다. 너트의 주된역활은 보트의 축방향의 힘을 유지시키는 데 있다. 본 논문은 스프링을 사용한 새로운 형태의 로크너트에 대한 것이다. 너트에서는 스프링을 잡아주기 위해서 너트의 상단부분을 좁게 만드는 코킹과 정이 이루어진다. 하지만 이 과정에서는 크랙이 발생한다. 본 연구에서는 유한요소분석 프로그램인 MSC/Marc를 사용하여 초기 모델의 변형률을 측정하였다. 크랙의 발생은 실제 1020 steel의 최대 변형률과 모델의 최대값을 비교함으로써 결정되어 졌다. 그리고 로크너트는 반응표면분석법을 사용하여 최적화 되어졌다. 로크너트의 프로토타입은 최적화된 결과에 따라 생산되어 졌으며 그에 따라 크랙은 발생하지 않았다.


    Bolts and nuts are widely used to fasten mechanical parts together in machines and structures. The primary role of a nut is to maintain the axial force of a bolt. In this paper, a new type of a lock nut that uses a spring is studied. To have a spring within a nut, a cocking process to narrow the top of the nut is adopted, but cracking occurred in the process. In this study, strain of an initial model is measured using the finite element analysis program, MSC/Marc. The occurrence of the crack was studied by comparing the maximum observed strain of a model with the maximum strain indicated by an accurate stress-strain diagram of 1020 steel. Then, the structure of the lock nut was optimized by response surface analysis to prevent cracking. The prototype of the lock nut was manufactured on the basis of the optimization result, and cracking did not occur.


  • 주제어

    로크 너트 .   변형률 .   균열 .   유한요소법 .   반응표면분석법.  

  • 참고문헌 (9)

    1. Sawa, T., Ishimura, M. and Yamanaka, H., 2007, “Experimental Evaluation of Screw Thread Loosening in Bolted Joint with Some Parts for Preventing the Loosening Under Transverse Repeated Loads," Hard Lock Technical Reports. 
    2. Lee, W.H., Huh, Y., Cho, S.K., Koo, J.M. and Seok, C.S., 2007, “A Study on the Development of Loose Prevention Bolt and Nut," Proceedings of the KSPE Spring Conference, Vol 6, pp. 529-530. 
    3. Jung, D.H. and Jung W.S., 2008, “Analysis on Loosening Mechanism of Locking Nut with a Spring," Proceedings of the Fourth Asian Conference on Multibody Dynamics. 
    4. Jung, S.P., Park, T.W., Chung W.S. and Song, H. S., 2009, “Optimum Design of the Shape of the Spring for a Loose-proof Lock Nut," Proceedings of the KSPE Spring Conference, pp. 149-150. 
    5. Jung, S.P., Park, T.W., Jun, K.J., Yoon, J.W., Lee, S.H. and Chung, W.S., 2009, “A Study on the Optimization Method for Multibody System Using the Response Surface Analysis," Journal of Mechanical Science and Technology, Vol 23, pp. 950-953.     
    6. Myers, R. H., 1971, Response Surface Methodology, Allyn & Bacon, Inc., Boston. 
    7. William, F.H. and Robert, M.C., 1983, Metal Forming Mechanics and Metallurgy, Prentice Hall, Englewood Cliffs N J 07632, pp. 250-260. 
    8. George, E.D., 1988, Mechanical Metallurgy, SI Metric Edition, McGraw-Hill Book Company, London, pp. 262-265. 
    9. Robert, C.J., 1983, Fundamentals of Machine Component Design, 3nd Edition, John Wiley & Sons, Canada, pp. 46-53. 
  • 이 논문을 인용한 문헌 (1)

    1. Lee, Hyun-Kyu ; Park, Keun ; Ra, Seung-Woo ; Kim, Jong-Bong 2014. "Prediction of Joining Torque for Bit Depth of Subminiature Bolt" 大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, 38(8): 917~923   

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