너클 스레드(Knuckle Thread): 설계, 규격, 용도 및 치수 차트

다양한 나사산 형태 중에서 너클 스레드(Knuckle thread)는 흔치 않은 유형입니다. 이 글에서는 DIN 405와 DIN 20400에서 지정한 너클 스레드의 형상/폼, 용도, 각도, 규격, 도면, 치수(피치 및 직경) 차트를 상세히 다룹니다.

너클 스레드란 무엇인가?

너클 스레드는 라운드 스레드(Round thread) 또는 RD 스레드라고도 불리며, 매끄럽고 둥근 형상으로 알려진 나사산 형태의 한 종류입니다. 대부분의 스레드가 날카로운 모서리를 가진 반면, 너클 스레드는 크고 둥근 크레스트(crest)와 루트(root)를 가집니다. 이 독특한 설계는 나사산 부품 사이에 충분한 공간을 만들어 먼지, 분진, 이물질이 쉽게 빠져나가게 하여 끼임 없이 배출시킵니다. 이로 인해 너클 스레드는 손상을 견디고 거친 오염 환경에서도 깨끗한 상태를 유지할 수 있습니다. 또한 다른 스레드보다 내구성이 더 뛰어납니다. 제조 현장에서는 미터법과 인치법 단위 모두로 정밀한 표준에 따라 너클 스레드를 제작할 수 있습니다. 싱글 스타트(단일 나선) 또는 멀티 스타트(다중 나선) 모두 가능합니다.

너클 스레드 폼의 특징 – 너클 스레드의 형상은?

너클 스레드 폼은 사각 스레드(Square thread)의 변형으로, 사각 스레드의 날카로운 모서리를 둥글게 깎아 완전히 둥근 형상(반원형 또는 완전 원형)으로 만든 것입니다. 이 둥근 형상은 매끄러운 크레스트와 루트를 만들어 응력 집중을 줄이고 내구성을 향상시킵니다. 아래는 실제 형상을 보여주는 3D 이미지입니다.

너클 스레드 다이어그램 및 도면

너클 스레드의 표준 치수에는 피치(두 크레스트 간 거리), 스레드 깊이 또는 높이(피치의 절반, 0.5p), 둥근 크레스트와 루스의 반경(피치의 1/4, 0.25p)이 포함됩니다.

너클 스레드 그리는 방법?

1. 피치의 0.25배(0.25p) 간격으로 세 평행 수평선을 그립니다. 이들은 크레스트 라인, 중심선, 루트 라인을 나타냅니다.
2. 중심선 위에 피치(p) 간격으로 점을 표시합니다. 이 점들은 반원의 중심점이 됩니다.
3. 중심선의 각 중심점에서 반지름 0.25p의 반원을 위로 그려 크레스트 부분을 형성합니다.
4. 다음 중심점에서 같은 반지름(0.25p)의 반원을 아래로 그려 루트 부분을 형성합니다.
5. 중심선을 따라 위아래 반원을 번갈아 그리며 크레스트와 루트를 매끄럽게 연결합니다.
6. 피치 치수선을 그려 두 연속된 크레스트 간 거리를 표시합니다.
7. 스레드 깊이를 피치의 절반(0.5p)으로 표시합니다. 이는 크레스트 라인에서 루트 라인까지의 거리입니다.
8. 둥근 크레스트와 루트의 반경을 0.25p로 표시합니다.
9. 진한 연필이나 펜으로 반원형 크레스트와 루트를 명확하게 외곽선 처리해 스레드 프로파일을 강조합니다.
10. 중심선과 치수선을 추가하고, 체인 라인을 사용해 반원 중심점과 피치 간격을 표시합니다.
11. 약 2mm 간격, 45도 각도의 해칭 라인으로 단면을 음영 처리해 재질을 나타냅니다.
12. 마지막으로 "너클 스레드 프로파일(Knuckle Thread Profile)"로 라벨링하고, 피치, 깊이, 반경 값을 나열한 치수표를 추가해 명확히 합니다.

너클 스레드 규격 및 각도

너클 스레드 치수는 여러 중요 기관에서 표준화하며, 각각 지정 방식, 직경, 피치, TPI 및 기타 사양에 대한 고유한 규칙을 가집니다. 가장 일반적인 너클 스레드 사양은 DIN 405와 DIN 20400이며, 둘 다 30°의 플랭크 각도(flank angle)를 적용합니다.

• DIN 405: 30도 평평한 플랭크 각도를 가진 너클 스레드를 정의하는 독일 규격으로, 인치 기반 피치를 사용하며 직경 8mm~200mm를 커버합니다.
• DIN 20400: 메트릭 피치를 사용하는 최신 독일 규격으로, 직경 10mm~300mm까지 크기 범위를 확장합니다. 이 DIN 스레드에서 크레스트와 루트는 스레드 피치의 1/4보다 약간 작은 반경으로 둥글게 처리되며, 각 스레드 플랭크의 약 1/3이 평평해 매끄럽면서도 강한 프로파일을 만듭니다.
• API: 미국에서 미국석유협회(API) 사양 5B는 주로 튜빙용 '라운드 스레드'를 다루며, 일반적으로 '8 라운드' 또는 '8rd'라고 불리며 인치당 8 스레드, 추가로 10 TPI 옵션이 있습니다. API 라운드 스레드는 60도 플랭크 각도와 더 작은 크레스트/루트 둥근 반경(피치의 약 1/6)을 가져 표준 ISO 스레드에 더 가깝습니다. 또한 API 스레드는 테퍼(taper)가 있어 길이 1피트당 직경이 3/4인치씩 좁아집니다.

이러한 규격 외에도 많은 너클 스레드가 특수 기계나 작업에 맞게 맞춤 제작되며, 너클 스레드 폼은 산업이나 용도 니즈에 따라 유연하게 적용됩니다.

너클 스레드는 어디에 사용되는가?

너클 스레드는 둥근 형상이 먼지와 이물질로 인한 문제를 방지해 열악한 조건에서도 매우 신뢰할 수 있어 많은 산업에서 사용됩니다. 유전에서는 거친 취급과 먼지 노출에도 잘 견디는 누출 없는 연결을 만듭니다. 포르쉐와 BMW 같은 유럽 자동차들은 너클 스레드를 견인 고리(견인 후크가 장착되는 특수 나사 구멍)에 사용합니다. 스레드가 강하고 단단히 맞물리기 때문입니다. 이 스레드는 금속 부품이 움직일 때 플라스틱 너트(리니어 액추에이터 등)의 마모를 줄여 부드러운 재질을 보호합니다. 소방 호흡기는 금속과 고무 부품을 안전하게 연결하기 위해 너클 스레드를 사용합니다. 지하 광산 호이스트, 열차 클러치 및 브레이크 나사, 대형 밸브에서도 매끄러운 둥근 설계가 먼지와 큰 힘으로부터 손상을 견디게 합니다.

DIN 20400 & DIN 405 RD 너클 스레드 차트

참고 (DIN 405 vs DIN 20400):

DIN 405와 DIN 20400은 스레드 피치 측정 방식이 다릅니다. DIN 405는 메트릭 공칭 직경을 사용하지만 피치는 인치당 스레드 수(TPI)로 측정하는 임페리얼 단위를 사용합니다. 반면 DIN 20400은 메트릭 공칭 직경과 메트릭 피치 측정을 모두 사용하여 완전한 메트릭 시스템을 채택합니다. 이는 메트릭 단위에 전적으로 의존하는 국가와 산업에서 작업하기 쉽게 만들며, 두 규격을 구분하는 간단한 방법이 됩니다.

또한 DIN 405는 8mm~200mm 범위의 63개 지정 스레드 크기를 제공하며, 두 그룹으로 나뉩니다: 40개 선호 크기의 시리즈 1과 일반적으로 권장되지 않는 23개 크기의 시리즈 2. 반면 DIN 20400은 총 47개 크기로 더 적지만, 직경 10mm~300mm의 더 넓은 범위를 커버합니다. 즉 DIN 20400이 DIN 405보다 더 큰 용도에 적합합니다.

피치 범위도 두 규격 간에 크게 다릅니다. DIN 405 스레드는 2.54mm(10 TPI)~6.35mm(4 TPI)의 더 제한된 피치 범위를 가집니다. DIN 20400은 직경이 커짐에 따라 피치가 꾸준히 증가하며, 3mm~16mm까지 피치를 제공합니다. 이는 더 큰 피치가 강도와 안정성을 위해 필요한 중량급 용도에 DIN 20400 스레드를 설계할 수 있게 합니다.

두 DIN 405와 DIN 20400 모두 30도 스레드 플랭크 각도를 공유하지만, 스레드 루트와 크레스트 형상은 다릅니다. DIN 405에서는 루트와 크레스트 모두 크고 매끄러운 완전 반경 곡선을 가져 매우 둥근 프로파일을 가집니다. DIN 20400은 크레스트에 큰 반경을 유지하지만 루트 설계는 두 개의 더 작은 반경을 사용해 스레드 루트에 평평한 바닥을 만듭니다. 이 미묘한 차이가 사용 중 스레드가 응력과 마모를 다루는 방식에 영향을 줍니다.

DIN 20400 메트릭 너클 스크류 스레드 치수 차트 (mm, 외부)

DIN 20400 메트릭 너클 스크류 스레드 치수 차트 (mm, 내부)

DIN 405 너클 스크류 스레드 치수 차트 (mm, 외부)

DIN 405 너클 스크류 스레드 치수 차트 (mm, 내부)

* 표시된 크기는 시리즈-2 크기로 지정됨; 신규 설계 시 사용 자제 권장.