자동차 보트 제트스키 바이크 스노우모빌 그리고 각종 산업기계 및 조선 항공 철도등등..

수많은 제조와 수리 환경에서 수많은 볼트와 너트 또는 잠금용 부품들이 사용되고 있습니다.

누구나 도구를 사용하여  쉽게 풀거나 잠글수 있기도 하지만

사용장소와 환경에 따라 모든 기계 구성품에 적용되는 부속품들은 각각의 정해진 토크가 정해져 있기도 합니다.

이때 무리하게 잠궈서 볼트나 너트의 파손을 만들기도 하며 이로 인해 장비의 중대한 2차 손상을 발생 시키기도 합니다..

여기에서 토르크렌치 올바른 사용법 과 토르크의 이해가 더해진다면 완벽한 작업결과를 만들게 됩니다.

Torque wrench 1

자! 그럼 기본부터..

먼저..토르크 (Torque) 란 무엇인가?

볼트등을 잠그려고 스패너렌치, 라쳇 의 그립을 잠그는 방향으로 당길때 볼트나 너트 부분의 회전력이 발생됩니다.

이 회전 모멘트를 토르크 (Torque) 라고 합니다.

아래 사진과 같이 회전중심에서 힘의 중심 까지의 길이와 힘의 중심에 가해지는 힘을 계산하는 것입니다.

길이 x 힘 = 토르크

설계치수 그대로 조립하기 위하여 또는 분해 조립시의 오차의 범위를 줄일수 있는 토르크관리

자동차 보트 제트스키 바이크 스노우모빌 그리고 각종 산업기계 및 조선 항공 철도등의 메인터넌스 에서는

볼트의 탈착을 하는 경우가 많이 있지만 볼트를 다시 잠글때에 정해진 토르크로 잠그는것이 가장 중요합니다.

이 토르크라고 하는 말 자체는 엔진이나 기계의 운동성능을 지시하는 것중의 하나로 사용되는 것으로 많이 알려져 있지만

이것을 무엇이라고 지정을 한다면 물건을 회전시키는 힘이라고 합니다.

엔진의 경우에는 1분간 수천만 회전을 가능하게 하여 토르크를 발생시키지만,

정지시에는 자력으로 토르크를 발생시키는것이 불가능하며, 역방향으로 회전하는 것도 불가능합니다.

이것에 비해 사람이 공구를 회전시켜 발생되는 토르크로

볼트를 잠글때에는 잠그는것이 끝날때의 정지상태가 최대토르크(설정치)가 됩니다.

또 상태에 따라서 역방향으로 토르크를 거는것도 가능합니다.

토르크는 단위당 길이에 가해지는 힘을 말하는 것으로 표시되고 있고

한국 과 일본에서는 Nm (뉴튼미터) 와 이전 단위인 kgf-m(키로그램미터) 등이 널리사용되며 ,

미주 구역에서는 단위가 다르므로 토르크도 인치파운드 와 풋드 파운드로 되어 있습니다.

기계를 조립할 때에 볼트는 축력 이라고 하는 부품을 고정하는 힘을 발생시켜서, 설계의 단계대로 각각 축력의 힘으로 고정되어 집니다.

본래는 이 축력을 측정해서 잠그는것이 일반적인 것이지만 여기서 보다 정확히 잠그려고 한다면

상당히 고가의 측정기와 설비가 필요한게 됩니다.

엔진의 컨넥팅롯드 볼트에서는 나사 길이의 변화 (잠그게 되면 나사의 길이가 늘어남)를 측정하여 조립하는 스포츠엔진도 있으며,

여러가지의 이유와 결과를 위하여 토르크로 추력(잠그는 힘)의 관리를 하고 있습니다.

토르크렌치를 사용 하는것은 잠그는 힘을 적절하게 하여 균등한 잠금을 위하여 설정된 잠금 토르크 보다 부족하거나,

규정치를 초과하여 볼트의 파손등을 방지하는 것은 물론이며 부품과 장비의 손상을 방지하기 위하는 것입니다.

자동차나 제트스키 , 스노우모빌 , 여러가지의 엔진종류와 베어링등이 장착된 기계장치에는

잠그는 토르크의 정확한 회전력을 측정하여 용도에 맞는 토르크렌치를 사용합니다.

제트스키 , 스노우모빌 , 여러가지의 엔진종류와 베어링등이 장착된 기계장치의

메인터넌스 용으로 가장 널리 사용되고 있는 토르크렌치는 프리세트방식 입니다.

라쳇과 헤드는 파이프형상의 본체의 끝단에 핀으로 고정장착되어 있으며 손잡이 부분에 토르크의 수치를 조절하는 장치로 되어 있습니다.

내부에는 캠과 스프링 등이 있으며, 그립부분을 회전시키는 만큼 스프링이 압착되어 가는 구조입니다.

토르크렌치를 이용하여 잠글때 라쳇의 헤드부분에 힘이 추가되어 설정치에 도달하면

헤드부분의 일정된 유격의 꺽임과 "딸깍" 이라는 소리와 함께 손끝에서 진동을 느끼는 구조입니다. (제품에 따라 다를수도 있음)

스넵온의 다양한 토르크렌치 종류

Torque wrench 2

토르크렌치의 종류와 선별방법

*처음 토르크렌치를 구입한다면 프리세트형 토르크렌치를 구입하세요 

광범위로 사용가능한 "프리세트형" (스넵온 Snap-on 스냅온 토르크렌치)

사전에 설정한 토르크수치가 도달하면 "딸깍' 이라는 소리고 느낌을 제공하는 타입입니다.

길이가 긴 제품이 큰 토르크를 사용할경우 손의 힘을 적게 이용하지만 무게가 무겁습니다.

시리즈의 경우 차량의 휠볼트 경우라면 1/2'가 필요 하겠지만 전반적으로 사용한다면 3/8" 10~100Nm를 기본으로 준비하고

이보다 작은 5~30Nm범위의 제품이 추가로 구비하는 것이 가장 이상적입니다.

토르크의 범위

토르크렌치로 계측가능한 범위는 기종과 종류에 따라 단위가 정해져 있습니다.

최저의 범위는 0Nm 와 1Nm부터 측정 가능한 타입도 있습니다.

아래 사진 위의 제품은 스넵온의 사용범위는 2~100Nm입니다.

아래사진의 제품은 스타빌레 토크렌치 이며 사용범위와 측정 단위는 사진과 같이 두 종류로 표기됩니다.

프리셋트 타입의 토르크렌치는 사용후에 셋팅한 치수를 가장 아래로 되돌려서 스프링의 장력을 완하시켜 주어야 합니다.

다만 아래 사진의 스티빌레 토르크렌치는 사용치수 그대로 무관합니다.

스타빌레 헤드교환타입 토르크렌치의 다양한 연결 어뎁터 

눈금의 읽는 방법은 제조 회사에 따라 다르기도 합니다.

사진 위는 스넵온 제품 , 아래는 스타빌레 제품

아래사진 경우는 설정토르크가 72.5Nm가 됩니다.

스넵온 토르크렌치의 계측범위 와 종류 

설정하기 쉬우며 다양한 기능을 가진 스넵온(Snap-on 스냅온 토르크렌치) 디지털 토르크렌치

스넵온 디지털 토르크렌치는 설정치수 범위가 넓으며, 좌회전에서도 사용가능합니다.

설정치에 도달하면 알람과 함께 진동을 발생시킵니다. 국내 시판 제품은 Nm와 인치파운드, 풋드파운드 변환 기능을 가지고 있습니다.

사진의 아래쪽 가장 큰사이즈는 앵글(각도)기능을 내장한 스넵온 토르크렌치 ATECH3FR250 제품

피스 와 작은 나사 등의 토크에 사용가능한 (스넵온 Snap-on 스냅온) 토르크 드라이브

토르크 렌치를 사용시 손잡이에서 당기는 방향의 각도는 상하 좌우 15도 이상을 벗어나면 안된다. 

잘못된 사용 방법

변환용 어뎁터

일반적인 소켓렌치와 같은 방법으로 사용하는 소켓과 토르크렌치의 스퀘어 사이즈가 다를 때에는 스퀘어변환 어뎁터를 사용합니다.

회전축과 같은 직선을 이루는 선에서 사용에서는 토르크 수치의 변화가 없습니다.

다만 유니버샬 조인트나 헤드부분의 굴절타입에서는 각도15도 이내의 사용만을 하여야 합니다.

토르크렌치에는 다른 라쳇핸들과 동일하게 여러가지의 소켓과 엑스텐션바를 장착하는것이 가능합니다.

예를들어 사용하는 토르크렌치가 1/2" 스퀘어에서 3/8"의 소켓을 사용하는 경우가 자주 있습니다.

이것은 동일사이즈의 소켓이 없을 경우만이 아니고 엔진의 헤드와 같이 삽입하는 사이즈가 작은소켓이 필요한 공간에서 작업시 필요하기도 합니다.

그리고 엑스텐션바(연결대)를 사용할때에는 기본적으로 직선의 엑스텐션바를 사용하여야만 합니다.

특히 회전형 유니버셜 조인트와 같은것을 사용하면 토르크렌치의 회전중심에서 벗어날수도 있기때문에

실제로 설정된 토르크의 수치가 달라지기 때문에 주의하여야 합니다.

토르크렌치의 헤드에 옵셋렌치와 오픈앤드렌치와 같은 제품을 연결하여 사용하는 경우에는 토르크렌치의 유효거리와

연장부분의 길이를 비교하여 계산한 다음 잠그는 토르크의 수치를 설정 하여야만 합니다.

잠글때 필요한 토르크에 비교하는 설정 토르크를 산출할때에는 토르크렌치의 유효길이를 알아야만 합니다.

그립부분에는 손힘의 중심점이 각인되어 있지만 마크 등이나 디자인이 기록되어 있는 제품도 있습니다.

정밀적인 신뢰성은 낮아지므로 연장사용은 가급적 권유하지 않습니다.

아래사진과 같이 각도가 90도 이라면 토르크수치는 동일합니다.

토르크렌치의 헤드부분에서 직각으로 되어있을 경우에는 연장부의 유효길이가 변하지 않으므로

설정토르크가 잠글때 필요한 토르크 라고 생각해도 괜찮습니다.

아래사진과 같이 유효길이가 짧아지면 토르크도 작아지게 된다.

이것과 같이 사용하는 경우는 없다고 생각되지만..

L2부분이 길어지게 되면 토르크렌치의 회전력이 연장부에 제대로 전달되지 않게 됩니다.

계산식은 설정토르크=잠글때 필요한 토르크/(L1-L2)xL1) 이 됩니다.

각 사이즈의 볼트의 잠금 토르크 비교표

본 자료는 일본 볼트제조사 3곳의 제품을 기준으로 작성 된것입니다.

국내에서도 볼트의 제조사 마다 제품의 강도와 장력이 차이가 있으므로 참고 하시기 바랍니다.

토르크렌치 (Torque Wrenches) 사용의 필요성
지금부터 7~8년전 일본에서 트럭의 차륜이 고속으로 달리던 차량에서 빠져나와

주행중이던 다른 차량과의 충돌된 차륜사고 문제로 아주 큰 사회문제가 된적이 있습니다.

이 사고 경유는 아직도 정확히 밝혀지지는 않았지만,

사고의 원인으로 휠너트의 잠금 토르크가 문제가 되어, "토르크관리" 라고 하는 말이 화제가 된 적이 있습니다.

2007년에 사고의 여파로 인하여 차량의 정기정검시 휠볼트, 너트를 규정 토르크로 잠그도록 규정한

국토교통성령의 [개정 자동차 검사기준]을 포함하여 (개정자동차 점검을 포함한 정비에 관계하는 모든) 이 발표 되었습니다.

그리하여 이시점을 기준으로 일본 만이 아니라 해외에서도 같은 조건의 토르크관리에 대하여 관심이 높아졌고

세계 여러 공구 메이커들이 토르크렌치(Torque Wrenches) 개발에 집중이 되었습니다.

이 때 까지 토르크렌치(Torque Wrenches) 에 대하여 전혀 라인업을 하지 않았던 기존 제작사들도

여러종류의 토르크렌치(Torque Wrenches) 를 개발하여 시장에 내놓기 시작하였고

소비자들이 선택할수 있는 다양하고 많은 토르크렌치 (Torque Wrenches) 제품을 비교하여 구입할수 있는 환경이 되었습니다.

우리 주변에 자동차 , 바이크 , 기계장비 , 보트 , 스노우모빌 , PWC(제트스키의 총칭) 등을 수리할때 서비스 메뉴얼에 살펴보면

나사나 볼트, 너트의 바로 옆에 ○○Nm (또는 Km, in등)의 표시문자를 쉽게 찾아볼수 있습니다.

자신이 능숙하다고 판단하여 자신의 감각으로 토르크렌치(Torque Wrenches) 를 사용하지 않고 작업을 하다가

볼트나 본체의 나사를 손상시켜 트러블을 만든 경험을 한경우도 있을겁니다.

조임 작업에 한층 신뢰있는 도구중 필수 아이템인 토르크렌치(Torque Wrenches) 는 여러 브렌드에서 다양한 종류들이 판매되고 있습니다.

이중에서도 누구나 손쉽게 기본적으로 사용이 가능한 제품에서 부터 정교한 정밀작업을 요하는 프로를 위한 제품까지

이제는 쉽게 구입이 가능한 상태이기 때문에 각자의 작업조건에 맞는 토르크렌치(Torque Wrenches) 제품사용을 권장합니다.

kg-m 와 N-m 의 단위

kg-m , N-m 와 달리 야드파운드를 쓰는 경우, 미터법으로의 환산할 경우 문제가 발생됩니다.

psi 는 [제곱 인치당 파운드]를 말합니다.

미터 단위법의 '제곱cm당 kg' 과 같은 단위입니다.

즉 길이 단위에서 확장된 넓이 단위에, 힘을 무게단위로 해서 압력을 정의하는 방법입니다.

반면 "bar" 는 힘의 단위인 "N"을 적용하여 유도한 물리학상의 압력단위인 "Pa" 이를테면 "파스칼"의 응용단위라고 할수 있습니다.

10만 파스칼이 "1bar" 입니다. 파스칼은 약 0.1kg 이 1 제곱미터 넓이에 가해지는 압력으로 실용으로 쓰기에는 아주 약합니다.

기압 같은 곳에도 '킬로 파스칼'을 쓰는 것은 아실것입니다.

메가파스칼이 약 0.1kgf/cm^2인데, 요즘은 규격압력계에는 이 2가지 눈금을 같이 표시합니다.

실용적으로 bar는 kgf/cm^2과 거의 비슷합니다.  

psi는 '제곱 inch'당 1파운드,즉 약 453gf의 압력이어서, 약 0.07kgf/cm^2가 되고, 역으로 1kgf/cm^2는 약 14.2psi가 됩니다.

피트파운드,인치파운드는 kgm와 같이 '토크'의 단위가 됩니다.

기계의 회전력은 메케닉 입장에서는 수평 1m막대를 한쪽에 달고, 그 끝에 1kg을 달았을때와 같은 힘일경우 '1kgm'의 토크라고 합니다.

그런데, 영미법에서는 야드,피트,인치,파운드를 사용하므로, 이수치를 환산을 하여야 합니다.

우선 1m는 약 3.3 피트, 1인치는 약 25.4mm입니다. 파운드는 453g을 쓰면,

1 피트파운드의 토크= 약 0.137kgm 가 되는군요.

1 인치 파운드 는 12인치가 1피트여서, 위의 것을 12로 나눈 약 0.01144 kgm 가 됩니다.

일반적인 토르크렌치(Torque Wrenches) 는 제조사에서 kg-m 또는 N-m ,

그리고 인치파운트 와 피트파운드로 구분되어 생산합니다.

현재 국제단위 (SI)에서는 [뉴턴미터 Nm , N-m] 을 토르크의 단위로 설정하여 있습니다.

정비업무 현장에서는 토르크렌치(Torque Wrenches) 는 [kg-m]를 오래동안 사용하여 왔기 때문에 [뉴턴미터 Nm , N-m]가 아닌

각종 토르크렌치(Torque Wrenches) 에 기록되어 있는 단위를 환산하여 사용할 필요가 있습니다.

다만 실용상 경우[뉴턴미터 Nm , N-m]는 [kg-m] 의 "10 배" 라고 생각하면 OK 입니다.

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작성 : 코리아서커스 강경훈

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