미터 보통 나사 규격 해설 및 KS 표준치 (Explanation of Metric Coarse Thread Specifications and KS Standard Values)

얼마 전 현장에서 M10 볼트 체결 시 너트가 중간에 걸려 더 이상 조여지지 않는 문제가 발생했습니다. 확인해 보니 볼트와 너트 중 하나가 미세하게 규격에서 벗어난 가는 나사를 사용했거나, 보통 나사를 잘못 가공한 경우였습니다. 나사 체결은 아주 기본적인 작업이지만, 미터 보통 나사의 정확한 규격과 치수를 모르면 체결 불량은 물론, 부품 호환성 문제로 현장에서 큰 시간 낭비를 초래합니다. 특히 대한민국 표준인 KS B 0201에 명시된 치수 기준을 정확히 이해하는 것이 중요합니다. 이 글에서는 가장 일반적으로 사용되는 미터 보통 나사(M 나사)의 핵심 규격표와 그 해석 방법을 실무적으로 설명해 드립니다.

1. KS B 0201 미터 보통 나사 표준 규격표

미터 보통 나사는 별도의 피치(P, Pitch)를 표시하지 않고 호칭 지름(D)만으로 규격이 정의되는 가장 일반적인 나사입니다. 다음 표는 KS B 0201에 근거한 호칭 지름별 표준 피치와 유효 지름, 그리고 골 지름을 정리한 것입니다.

호칭 지름 (D, mm)	표준 피치 (P, mm)	수 나사 (볼트)		암 나사 (너트)
호칭 지름 (D, mm)	표준 피치 (P, mm)	유효 지름 (d₂)	골 지름 (d₁)	유효 지름 (D₂)	골 지름 (D₁)
M1	0.25	0.838	0.729	0.838	0.785
M1.6	0.35	1.402	1.221	1.402	1.321
M2	0.4	1.763	1.581	1.763	1.679
M3	0.5	2.675	2.387	2.675	2.459
M4	0.7	3.545	3.089	3.545	3.242
M6	1.0	5.350	4.773	5.350	4.917
M8	1.25	7.188	6.466	7.188	6.647
M10	1.5	9.026	8.160	9.026	8.376
M12	1.75	10.863	9.853	10.863	10.106
M16	2.0	14.701	13.546	14.701	13.835
M20	2.5	18.376	16.991	18.376	17.437
M24	3.0	22.051	20.436	22.051	21.083
M30	3.5	27.727	25.881	27.727	26.729
M36	4.0	33.402	31.327	33.402	32.375
M42	4.5	39.077	36.772	39.077	38.021
M50	5.0	46.752	44.218	46.752	45.667

2. 규격 항목 해설 및 실무적 중요성

나사 규격표를 볼 때 가장 중요한 세 가지 치수는 호칭 지름(D), 피치(P), 유효 지름(d₂ 또는 D₂)입니다. 특히 피치는 나사의 강도와 직접적으로 연결됩니다.

피치 (P): 나사산 간의 거리

미터 보통 나사는 호칭 지름(M10, M12 등)에 따라 피치(나사산과 나사산 사이의 거리)가 이미 정해져 있습니다. 예를 들어, M10이라고 하면 피치는 자동으로 1.5 mm입니다. 만약 피치가 1.25 mm라면 그것은 보통 나사가 아닌 가는 나사(M10 x 1.25)로 표기되어야 합니다.

📘Core Concept

미터 보통 나사는 가는 나사에 비해 피치가 크고 나사산의 깊이가 깊습니다. 이 때문에 보통 나사는 체결 시간이 짧고 나사산 손상에 강하며, 현장에서 가장 널리 사용됩니다. 반면, 가는 나사는 나사산이 많아 정밀한 조정이 가능하며 진동에 의한 풀림 방지 효과가 우수하지만, 생산 비용이 높고 오염에 취약하다는 단점이 있습니다. 설계 시 특별한 요구 사항(진동, 정밀 조정)이 없다면 보통 나사를 선택하는 것이 원칙입니다.

유효 지름 (d₂, D₂): 힘을 받는 핵심 영역

유효 지름은 수나사(볼트)와 암나사(너트)가 실제로 힘을 전달하는 중심적인 가상 지름입니다. 나사산의 두께와 홈의 두께가 같아지는 지점을 통과하는 지름입니다. 설계자가 나사의 강도를 계산할 때 사용하는 단면적은 바로 이 유효 지름(d₂)을 기반으로 계산된 응력 단면적입니다. 볼트가 파단될 때의 인장 강도를 결정하는 핵심 치수이므로, 치수 공차를 적용할 때 유효 지름의 관리가 가장 중요합니다.

골 지름 (d₁, D₁): 최소 직경

골 지름은 나사의 가장 깊은 부분의 지름입니다. 수나사(d₁)의 골 지름은 볼트가 실제로 받을 수 있는 가장 작은 단면을 의미합니다. 만약 이 골 지름 부분이 마모되거나 손상되면 나사 강도 전체가 급격히 저하됩니다.

3. 미터 보통 나사 선정 가이드

제가 처음 설계를 배울 때, 선배들에게 들었던 가장 중요한 조언은 ‘특별한 이유가 없다면 무조건 보통 나사를 써라’였습니다. 보통 나사가 표준화되어 있어 재고 관리와 부품 수급이 용이하기 때문입니다.

① 체결부 설계 시 유의 사항 (탭 깊이)

보통 나사를 설계할 때, 특히 암나사(탭 구멍) 깊이를 정할 때 주의해야 합니다. 탭 가공 시 나사의 유효 길이를 확보해야 합니다. 보통 나사의 경우, 암나사의 유효 길이는 최소한 호칭 지름(D)의 1.5배 이상 확보하는 것을 추천합니다. (예: M10 볼트 사용 시, 15 mm 이상의 유효 나사산 체결 길이 확보).

💡Field Tip

현장에서 기존 나사의 규격이 의심될 경우, 피치 게이지를 사용하여 피치(P)를 정확히 측정해야 합니다. 피치 게이지가 없다면, 버니어 캘리퍼스 등을 이용하여 나사산 10개의 길이를 측정하고 10으로 나누어 평균 피치를 구하는 방법도 응급 조치로 활용할 수 있습니다. 예를 들어, M10 볼트 10산의 길이가 15 mm에 근접하다면 피치는 1.5 mm로 보통 나사임을 확신할 수 있습니다.

② 나사 공차 등급의 이해

KS 규격에서는 나사의 정밀도에 따라 공차 등급을 부여합니다. 일반적으로 볼트는 6g 등급을, 너트는 6H 등급을 표준으로 사용합니다. * 숫자 (6): 공차의 크기(등급)를 나타내며 숫자가 작을수록 정밀합니다.
* 소문자 (g): 볼트(수나사)의 공차 위치를 나타내며, g는 허용되는 치수가 호칭 지름보다 작음을 의미합니다.
* 대문자 (H): 너트(암나사)의 공차 위치를 나타내며, H는 허용되는 치수가 호칭 지름보다 크거나 같음을 의미합니다. (H 공차는 기본 위치) 대부분의 일반적인 기계 부품에서는 6g/6H 조합을 사용하여 체결할 때 적절한 틈새를 확보하여 부드러운 조립이 가능하도록 합니다.

⚠️Caution

나사 체결 시 과도한 토크를 가하는 것은 절대 금물입니다. 특히 보통 나사는 가는 나사에 비해 피치가 크므로, 동일 재료에서 나사산 높이(골 지름과 호칭 지름의 차이)를 기준으로 계산했을 때 전단 강도가 상대적으로 낮아질 수 있습니다. 과도한 토크는 볼트의 항복 강도를 초과하여 영구 변형을 일으키거나, 가장 약한 부분인 골 지름 근처에서 나사산 파단을 유발합니다. 반드시 볼트의 재질 등급(예: SS400, KS D 3503 등)에 맞는 적정 조임 토크를 준수해야 합니다.

📝 마치며

미터 보통 나사 규격은 모든 기계 설계의 기초입니다. M 나사라고 해서 무조건 체결이 되는 것이 아니라, 호칭 지름에 따라 표준 피치(P)가 자동으로 결정된다는 사실을 기억해야 합니다. 가장 흔하게 쓰이는 M6 (P=1.0), M8 (P=1.25), M10 (P=1.5) 세 가지 규격은 반드시 암기하고 현장에서 피치 게이지 없이도 식별할 수 있도록 숙련되어야 합니다. 이 기본 규격을 정확히 이해하는 것이 안전하고 효율적인 기계 설계의 첫걸음입니다.