나사

나사

물체를 고정하거나 힘과 운동을 바꾸어줄 때 사용한다.

BC 5세기 무렵 타렌툼에서 활동했던 피타고라스 학파의 철학자 아르키타스가 나사를 발명했지만, 기계장치로 유용하게 쓰이기 시작한 정확한 연대는 불분명하다.

나사식 수차도 BC 3세기에 아르키메데스가 발명했다고 하지만 이보다 먼저 이집트에서 관개용으로 이와 비슷한 장치가 쓰였던 흔적이 있다.

BC 1~2세기경 그리스에서 발명된 것으로 여겨지는 스크루 프레스(screw press)는 로마 시대부터 옷감을 눌러펴는 데 사용했다(스크루 스래드). AD 79년 베수비오 화산폭발로 파괴된 폼페이 유적에서 오른나사와 왼나사가 달린 옷감 프레스의 도면이 발견되었다.

AD 1세기에는 포도주와 올리브 기름을 압착하는 데 나무로 만든 나사를 사용했으며, 암나사를 깎는 데 탭(tap)을 사용했다.

레오나르도 다 빈치(1452~1519)의 공책에는 나사식 인쇄기와 나사절삭기가 그려져 있었다. 제임스 와트(1736~1819)는 특수잉크로 쓴 편지의 사본을 얻기 위해 습식 복사용지를 대고 압착하는 스크루 프레스를 발명했다.

머리가 대개 육각형인 캡나사와 둥근머리 작은나사, 십자머리 작은나사는 기계부품에 난 나사구멍이나 너트와 결합하여 부품을 서로 고정시키는 데 쓰인다. 이 나사들은 조였을 때 늘어나서 발생하는 인장하중으로 부품을 서로 고정시킨다. 작은 나사는 대부분 나사돌리개 홈이 있는 다양한 형태의 머리가 있으며, 캡나사나 볼트보다는 크기가 작다. 중공머리고정나사는 한 부품에 나 있는 나사 구멍에 끼워 조이면 컵 모양의 끝부분이 짝을 이루는 부품(보통 축)을 눌러 상대운동을 못하게 한다.

고정나사는 구멍에 잘 끼워지도록 끝부분이 원뿔이나 원통형이고, 홈이 파인 사각머리가 있다. 스터드(stud) 볼트는 나사산이 양 끝에 파인 막대이며, 한 부품 속에 영구히 박아넣고 다른 한 끝을 너트로 고정시킨다.

태핑 나사(self-tapping screw)는 금속·플라스틱·유리·섬유·석면 그리고 수지를 주입한 합판 등의 재료에 난 드릴 또는 주물 구멍에 나사산을 만들거나 깍는다. 그림 4의 나사는 유도구멍 근처의 물질을 깍아내어 나사를 따라 밖으로 흘러나오게 함으로써 나사산을 만든다.

나사절삭 태핑 나사에는 재료를 깍아 나사산을 만드는 절삭날과 칩 캐비티(chip cavity)가 있다.

나무나사는 지름과 길이가 매우 다양하며, 큰 것을 사용할 때는 나무가 쪼개지는 것을 막기 위해 드릴로 미리 구멍을 뚫어놓는다. 래그 나사는 나무에 무거운 물체를 고정시킬 때 쓰는 대형 나무나사이며, 머리는 4각형이거나 6각형이다.

힘과 움직임을 바꾸는 나사를 동력나사(power screw)라고 한다.

나사 잭(screwjack)은 토크(회전 모멘트)를 추진력(推進力)으로 바꾼다. 추진력은 고정된 너트 속에 있는 나사를 돌려 발생시키는데, 보통 무거운 물체를 끌어올리는 힘이다. 긴 막대를 사용하여 나사를 돌리기 때문에 막대 끝에 주는 힘이 작아도 큰 추진력이 생길 수 있다. 공작기계의 작업대는 작업대 양 끝의 베어링에서 회전하면서 기계틀에 고정된 너트와 짝을 이루는 나사에 의해 접동면(摺動面)을 따라 직선으로 움직인다.

이와 비슷하게 나사를 따라 회전 방향으로 고정된 너트를 움직이는 축 방향으로 고정된 나사가 회전하거나, 너트에 끼워진 회전 방향으로 고정된 나사를 움직이는 축 방향으로 고정된 너트가 회전함으로써 토크를 추진력으로 바꿀 수 있다.