The Experts: 원통부(Shank)가 있는 볼트의 이점

볼트 원통부(shank)는 볼트의 헤드와 나사산 사이에 있는 나사산이 없는 부분입니다. 볼트 원통부를 활용하는 방법에는 크게 두 가지가 있습니다. 하나는 원통부에서 전단 하중 용량을 증가시킬 수 있습니다. 다른 방법은 원통부를 줄여 체결부의 탄성 복원력을 높일 수 있습니다.

볼트가 체결되어 있는 그림에서와 같이 전단 하중은 볼트 축에 수직 방향으로 작용합니다. 면적이 더 넓고 응력 집중점이 없는 원통부는 전단 하중 측면에서 볼트의 성능을 향상합니다. 이러한 이유로 설계자는 볼트 전단면이 나사산이 아닌 원통부를 가로지르는 위치에 있는지를 확인하여야 합니다.

한편으로 볼트에 인장력만 작용하는 경우에, 결합한 모재보다 탄성이 높아야 합니다. 고사양의 볼트를 사용하여야 하는 체결부의 경우, 높은 경도 수준으로 인한 재료의 강성 증가를 보상하기 위해 상대적으로 탄성이 높은 볼트를 보장하려면, 힘을 받는 면적을 최소화하기 위해 원통부를 줄일 수도 있습니다. 편심 하중이 주기적으로 적용되는 경우에는 볼트가 구부러져서 변형 또는 파손되는 문제가 발생하기 때문에 기존의 볼트를 감소 원통부 볼트(waisted shank bolt)로 교체하면 체결부의 성능을 향상할 수 있습니다. 원통부의 직경이 더 작기 때문에, 동일한 휨 조건에서도 피로 응력을 낮춰 체결부의 수명을 증가시킵니다. 이는 '체결부 설계를 개선하면 유지 보수 및 수리 비용을 어떻게 개선할 수 있는가’라는 질문에 답변이 될 수 있음에도, 사용자의 상당수가 간과하고 있는 부분이기도 합니다.

여기에는 또 다른 이점이 있습니다. 예를 들어, 길이가 긴 볼트가 필요한 경우, 원통부를 나사산이 없는 상태로 두면 제조 시간과 비용이 모두 절감됩니다. 이는 볼트를 대량으로 생산할 때 중요한 이점이 될 수 있습니다.