볼트 피로는 반복 하중이 나사 골의 응력집중에 걸려 생긴다. 나사의 피로 진폭 한계는 강도 등급과 거의 무관하게 수십 MPa라, 대책은 강도 상향보다 예압·강성·굽힘 관리다.
핵심
- 파손 위치는 너트에 처음 물리는 나사산이 가장 많고, 다음이 나사 끝(불완전 나사부)과 머리 밑 R부다.
- 충분한 예압이 있으면 외부 반복 하중 중 볼트가 받는 몫이 Φ·P로 작아진다. 예압이 모자라 접합면이 벌어지면 하중 전체가 볼트에 걸려 수명이 급격히 준다.
- 열처리 전에 전조한 볼트의 피로 한도 진폭(VDI 2230): σASV ≈ 0.85 × (150/d + 45) MPa (d mm). M16 ≈ 46 MPa, M24 ≈ 44 MPa. 지름으로만 정해지고 강도 등급과 거의 무관하다.
- 전조 나사는 골 표면에 압축 응력이 남아 피로 균열에 강하다 (NASA RP-1228). 위 식은 열처리 전에 전조한 볼트 기준이다.
- 개선 방법: 높고 고른 예압, 길고 가는(감경 몸통) 볼트로 볼트 강성 낮추기, 둥근 골(UNR·UNJ), 평행 좌면·구면 와셔로 굽힘 제거, 접촉면 프레팅 방지.
- 축하중 피로 시험 방법은 ISO 3800이다.
- 피로 파면에는 시작점에서 퍼지는 줄무늬(비치 마크)와 마지막 순간의 파단부가 보인다.
BOM·구매 때 주의
- 피로로 끊어진 볼트를 한 등급 높은 강도로 바꿔도 대개 해결되지 않는다. 예압 부족·굽힘·강성 원인부터 본다.
- 용융아연도금과 일부 코팅은 피로 강도를 낮출 수 있다. 회전기계 볼팅에 코팅을 더할 때 확인한다.
- 회전기계 커플링·커넥팅로드·베어링 캡 볼트는 재사용 횟수와 늘음 기준을 기기 매뉴얼로 확인한다.
- 도면에 "열처리 후 전조"가 지정된 볼트를 일반품으로 대체하지 않는다.
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근거: VDI 2230-1 · ISO 3800 · NASA RP-1228 · 라이브러리 일괄 검토 2026-10 (개별 항목 검토일 미기록). 프로젝트 판본·허용차·사용 조건은 규격 원문과 공급처 서류로 확인해야 합니다. 미확인 값은 추정하지 마세요.