모든 정비공이 한 번쯤은 사용해 봤겠지만, 와셔의 종류가 얼마나 다양한지, 어떤 재질로 만들어졌는지, 그리고 어떻게 올바르게 사용해야 하는지는 대부분 모릅니다. 수년간 와셔에 대한 질문을 많이 받아왔기에, 이 하드웨어 부품에 대한 정보를 공유하는 기술 기사를 작성하는 것이 시급하다고 생각했습니다.

최근 저희는 ARP(Automotive Racing Products, Inc.)와 함께 고성능 패스너 제작 기술을 다루며 그 핵심적인 부분들을 자세히 살펴보았습니다. 이제 우리가 흔히 당연하게 여기는 패스너 구성 요소인 와셔에 대해 이야기해 볼 차례입니다.

다음 단락에서는 와셔가 무엇인지, 다양한 종류의 와셔, 그 역할, 제작 방법, 사용 장소 및 시기에 대해 알아보겠습니다. 그리고 와셔에 방향성이 있는지 없는지에 대해서도 논의할 것입니다.

일반적으로 와셔는 가운데에 구멍이 있는 원반 모양의 얇은 판입니다. 디자인은 단순해 보이지만, 와셔는 실제로 중요한 역할을 합니다. 와셔는 볼트나 캡 스크류와 같은 나사산이 있는 체결 부품의 하중을 분산시키는 데 주로 사용됩니다.

와셔는 스페이서로 사용될 수도 있고, 경우에 따라 마모 방지 패드, 잠금 장치 또는 고무 와셔처럼 진동을 줄이는 데 사용될 수도 있습니다. 기본적인 와셔 디자인은 외경이 내경의 두 배인 것이 특징입니다.

일반적으로 금속으로 만들어지는 와셔는 용도에 따라 플라스틱이나 고무로도 제작될 수 있습니다. 기계류에서 고품질 볼트 체결에는 체결면의 함몰을 방지하기 위해 경화강 와셔가 필요합니다. 이러한 함몰 현상을 브리넬링(Brinelling)이라고 합니다. 작은 함몰은 결국 체결부의 예압 손실, 채터링(chartering) 또는 과도한 진동으로 이어질 수 있습니다. 이러한 현상이 지속되면 스폴링(spalling)이나 갈링(galling)이라고 하는 다른 마모 현상으로 발전할 수 있습니다.

와셔는 또한 특정 금속들이 서로 접촉할 때 발생하는 갈바닉 부식을 방지하는 데 도움을 줍니다. 한 금속은 양극 역할을 하고 다른 금속은 음극 역할을 합니다. 이러한 부식 과정을 늦추거나 처음부터 방지하기 위해 볼트나 너트와 접합되는 금속 사이에 와셔를 사용합니다.

와셔는 고정되는 부품에 압력을 고르게 분산시켜 부품 손상 가능성을 줄여줄 뿐만 아니라 너트나 볼트가 조여질 때 매끄러운 표면을 제공합니다. 따라서 고르지 않은 고정 표면에 비해 체결 부위가 풀릴 가능성이 줄어듭니다.

특수 와셔는 밀봉, 전기 접지, 체결 부품 정렬, 체결 부품 고정, 절연 또는 접합부에 축 방향 압력 제공 등의 기능을 수행하도록 설계되었습니다. 아래 본문에서 이러한 특수 와셔에 대해 간략하게 설명하겠습니다.

또한, 체결 부위에 와셔를 잘못 사용하는 몇 가지 사례를 보았습니다. 아마추어 정비사들이 결합하려는 부품보다 직경이 너무 작은 볼트나 너트를 사용하는 경우가 종종 있습니다. 이런 경우, 와셔의 내경은 볼트에 맞지만, 볼트 머리나 너트가 결합되는 부품의 구멍을 통과하지 못하게 됩니다. 이는 매우 위험한 상황이며, 경주용 자동차에서는 절대 시도해서는 안 됩니다.

흔히 정비사들은 나사산이 충분하지 않은 너무 긴 볼트를 사용하여 조임이 제대로 되지 않는 경우가 있습니다. 너트를 조일 수 있을 때까지 볼트 자루에 와셔를 여러 개 겹쳐서 간격을 두는 것도 피해야 합니다. 볼트 길이는 적절하게 선택해야 합니다. 와셔를 잘못 사용하면 손상이나 부상을 초래할 수 있습니다.

일반적으로 말해서, 오늘날 전 세계적으로 생산되는 와셔에는 여러 종류가 있습니다. 어떤 와셔는 목재 접합부에 사용하기 위해 특별히 제작되었고, 어떤 와셔는 배관용으로 사용됩니다. 자동차 분야에서는 ARP의 연구 개발 전문가인 제이 쿰브스에 따르면 자동차 정비에 사용되는 와셔는 단 다섯 종류뿐입니다. 바로 평와셔(또는 플랫 와셔), 펜더 와셔, 스플릿 와셔(또는 록 와셔), 스타 와셔, 그리고 인서트 와셔입니다.

흥미롭게도 ARP의 다양한 체결 부품 제품군에서는 분할 와셔를 찾아볼 수 없습니다. 쿰브스는 "분할 와셔는 주로 저부하 조건에서 소구경 체결 부품에 사용됩니다."라고 설명했습니다. ARP는 고부하 조건에서 작동하는 고성능 레이싱 체결 부품에 집중하는 경향이 있습니다. 이러한 유형의 와셔에는 특정 용도에 맞는 변형이 있는데, 예를 들어 밑면에 톱니 모양의 홈이 있는 일반 와셔가 있습니다.

평와셔는 볼트(또는 너트) 머리와 체결 대상물 사이에 가장 적합한 중간 부품입니다. 평와셔의 주된 목적은 조여진 체결부의 하중을 분산시켜 접합면의 손상을 방지하는 것입니다. 쿰브스는 "특히 알루미늄 부품의 경우 이러한 점이 더욱 중요합니다."라고 말합니다.

미국 국가표준협회(ANSI)는 일반적인 용도의 평와셔에 대해 두 가지 유형으로 분류하는 표준을 제시합니다. A형 와셔는 정밀도가 중요하지 않은 넓은 공차를 가진 와셔로 정의됩니다. B형 와셔는 정밀도가 더 중요한 공차를 가진 평와셔로, 외경은 해당 볼트 크기(내경)에 따라 좁음, 보통, 넓음으로 분류됩니다.

앞서 언급했듯이 와셔는 한 기관의 간단한 설명만으로는 설명할 수 없을 정도로 복잡합니다. 실제로 여러 기관에서 와셔를 분류하고 있습니다. 미국 자동차 기술자 협회(SAE)는 재질 두께에 따라 평와셔를 분류하는데, 미국 표준 협회(USS)에서 정의하는 평와셔의 내경 및 외경보다 작은 크기를 사용합니다.

USS 표준은 인치 단위 와셔의 표준입니다. 이 표준은 굵거나 큰 볼트 나사산에 맞도록 와셔의 내경과 외경을 규정합니다. USS 와셔는 자동차 분야에서 흔히 사용됩니다. 세 개의 기관에서 일반 와셔에 대해 서로 다른 세 가지 표준을 규정하고 있다는 사실은 와셔가 겉보기에는 단순해 보이지만 실제로는 훨씬 더 복잡하다는 것을 보여줍니다.

ARP의 쿰브스에 따르면, "와셔 자체의 크기와 품질은 면밀히 고려해야 할 사항입니다. 하중을 적절하게 분산시키려면 충분한 두께와 크기를 갖춰야 합니다." 쿰브스는 또한 "높은 토크 하중이 걸리는 중요한 용도에서는 와셔가 평행하게 연마되어 완벽하게 평평해야 합니다. 그렇지 않으면 하중이 고르지 않게 분산될 수 있습니다."라고 덧붙였습니다.

이 와셔는 중앙 구멍에 비해 외경이 훨씬 큰 것이 특징입니다. 클램핑력을 분산시키도록 설계되었는데, 크기가 크기 때문에 하중이 더 넓은 면적에 분산됩니다. 오랫동안 이 와셔는 차량의 펜더를 고정하는 데 사용되었기 때문에 이러한 이름이 붙었습니다. 펜더 와셔는 외경이 클 수 있지만, 일반적으로 얇은 재질로 만들어집니다.

분할 와셔는 축 방향으로 유연성이 있어 진동으로 인한 풀림을 방지하는 데 사용됩니다. (사진 출처: www.amazon.com)

분할 와셔는 스프링 와셔 또는 잠금 와셔라고도 하며, 축 방향으로 유연성을 가지고 있습니다. 이러한 와셔는 진동으로 인한 풀림을 방지하는 데 사용됩니다. 분할 와셔의 원리는 간단합니다. 스프링처럼 작용하여 결합되는 부품과 볼트 또는 너트의 머리에 압력을 가하는 것입니다.

ARP는 이러한 와셔를 제조하지 않습니다. 엔진, 구동계, 섀시 및 서스펜션에서 중요한 역할을 하는 대부분의 패스너는 특정 토크 사양으로 조여져 적절한 체결력을 가하기 때문입니다. 따라서 공구를 사용하지 않고 패스너가 풀릴 가능성은 거의 없습니다.

대부분의 엔지니어들은 스프링 와셔가 높은 토크로 조여질 경우 어느 정도 늘어난다는 데 동의합니다. 이렇게 되면 스프링 와셔의 장력이 약해지고, 체결 부위의 정확한 예압을 방해할 수도 있습니다.

별 모양 와셔는 톱니 모양의 홈이 안쪽 또는 바깥쪽으로 방사형으로 뻗어 있어 기판 표면을 단단히 고정하여 패스너가 풀리는 것을 방지합니다. (사진 출처: www.amazon.com)

별 모양 와셔는 분할 와셔와 거의 동일한 용도로 사용됩니다. 체결 부품이 풀리는 것을 방지하는 역할을 합니다. 이 와셔는 톱니 모양의 홈이 방사형(안쪽 또는 바깥쪽)으로 뻗어 있어 부품 표면을 단단히 고정합니다. 설계상 볼트 머리/너트와 부품 표면에 파고들어 체결 부품이 풀리지 않도록 합니다. 별 모양 와셔는 일반적으로 전기 부품에 사용되는 작은 볼트와 나사에 사용됩니다.

회전을 방지하여 예압 정확도에 영향을 미치는 것을 막기 위해 ARP는 밑면에 톱니 모양의 특수 와셔를 제작했습니다. 이 와셔는 부착되는 부품을 단단히 고정하여 안정적인 플랫폼을 제공하기 위한 것입니다.

ARP에서 제조하는 또 다른 특수 와셔는 삽입형 와셔입니다. 이 와셔는 구멍 상단을 보호하여 마모나 구멍 상단의 함몰을 방지하도록 설계되었습니다. 일반적으로 실린더 헤드, 섀시 부품 및 와셔가 필요한 마모가 심한 부위에 사용됩니다.

정확한 예압을 위해서는 윤활이 매우 중요하다는 점을 명심해야 합니다. 체결 부품의 나사산에 윤활유를 바르는 것 외에도 볼트 머리(또는 너트)의 아랫면이나 와셔 윗면에도 소량의 윤활유를 바르는 것이 좋습니다. 와셔 아랫면에는 절대로 윤활유를 바르지 마십시오(설치 지침에 달리 명시된 경우는 제외). 와셔가 회전할 수 있기 때문입니다.

와셔의 올바른 사용과 윤활에 주의를 기울이는 것은 모든 레이싱 팀이 고려해야 할 중요한 사항입니다.

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