알루미늄 파이프 선반가공과 베어링 장착 시 끼워맞춤 공차 고려사항

알루미늄 합금 파이프나 강관을 활용해 베어링을 장착하려는 분들이 많습니다.

하지만 단순히 치수만 맞춘다고 해서 안정적으로 사용할 수 있는 것은 아니죠.

특히 파이프의 벽두께가 얇아지는 구조에서는 강성과 변형 문제가 필연적으로 따라오기 때문에 세심한 주의가 필요합니다. 이

그럼 예를 들어 외경 48mm, 내경 38mm 알루미늄 파이프를 예시로, 입구부 내경을 42mm로 선반가공해 베어링을 끼울 때 고려해야 할 점들을 하나하나 짚어보겠습니다.

파이프 재질과 강성의 차이

제품 설명을 보면 이 파이프는 6063 알루미늄 합금으로 제작된 원형 튜브입니다.

구분	특징	장점	단점
강관(스틸 파이프)	탄소강/합금강으로 제작	강도와 강성이 높음, 변형 적음	무겁고 가공성 떨어짐, 녹 발생
알루미늄 합금 파이프(6063 등)	알루미늄+합금 성분	가볍고 가공성 우수, 내식성 좋음	강성이 낮아 변형 쉬움
스테인리스 파이프	크롬·니켈 합금	내식성 우수, 강도도 강관보다 높음	가격이 비쌈, 가공 난이도 높음

알루미늄은 강철 파이프에 비해 훨씬 가볍고 가공성이 좋지만, 항복강도와 탄성률이 낮아 충격이나 억지끼움(간섭) 상황에서는 쉽게 변형될 수 있습니다.

따라서 같은 치수 조건이라도 강관보다 알루미늄 합금 파이프가 강성 측면에서 취약합니다.

입구부 가공 후 벽두께 변화

기존 파이프는 외경 48mm, 내경 38mm로 벽두께가 약 5mm입니다.

가공 방식	설명	장점	주의사항
선반 내경 가공(보링)	내경을 넓혀 원하는 치수로 가공	정밀 치수 가능	벽두께 얇아지면 강성 저하
카운터보어(좌대 가공)	입구 부분만 일정 깊이 가공	베어링 자리 확보 용이	깊이 부족 시 베어링 안정성 저하
외경 가공(턴닝)	외부 직경을 줄이는 가공	맞춤 결합 용이	지나친 가공은 강성 손실
슬리브 삽입 가공	별도 부시/슬리브 삽입 후 가공	강성 확보, 정밀도 유지	부품 추가 제작 필요

하지만 입구부 10mm 깊이까지 내경을 42mm로 가공하면 해당 구간의 벽두께가 3mm로 줄어듭니다.

이렇게 얇아진 구간은 베어링을 억지끼움으로 삽입할 때 원형이 퍼지거나 타원으로 변형될 가능성이 크며, 장시간 사용 시 베어링이 헐거워지는 문제도 발생할 수 있습니다.

베어링 끼움 공차와 체결 방식

베어링 외륜이 강철이고 하우징이 알루미늄일 경우, 온도 상승 시 알루미늄의 열팽창으로 인해 간섭이 줄어듭니다.

종류	대표 규격	특징	사용 예시
깊은 홈 볼 베어링	6000, 6200 시리즈	범용성 높음, 가격 저렴	모터, 팬, 일반 기계
앵귤러 콘택트 볼 베어링	7000 시리즈	축방향 하중 지지 우수	고속 스핀들, 펌프
원통 롤러 베어링	NU, N 시리즈	높은 반경 하중 지지	산업 기계, 압연기
테이퍼 롤러 베어링	32000 시리즈	반경·축방향 복합 하중 지지	자동차 허브, 기어박스
씬 섹션 베어링	KA, KB 시리즈	얇은 단면, 경량	로봇, 항공기

따라서 간섭을 크게 주는 것은 위험합니다.

일반적으로는 0~+10μm 정도의 미세 간섭 또는 0~−10μm의 유격을 두고 고강도 리테이닝 컴파운드(예: Loctite 638/648)를 사용하는 방법이 안정적입니다.

베어링 끼워맞춤 공차 표 (일반적 예시)

적용 부위	사용 조건	권장 끼워맞춤 (ISO)	특징
내륜(샤프트) – 회전	일반 하중, 보통 조건	k6, m6	약간의 간섭, 회전 시 미끄럼 방지
내륜(샤프트) – 큰 하중/진동	무거운 하중, 충격 있음	n6, p6	강한 간섭, 흔들림 방지
내륜(샤프트) – 정지	회전 없음, 분해 필요	h6	미세 유격 또는 끼움 없음
외륜(하우징) – 정지	하우징 고정, 보통 조건	H7	범용성 높음, 간단 체결
외륜(하우징) – 회전 또는 충격	큰 하중, 진동 있음	K7, M7	간섭 끼움, 흔들림 억제
외륜(하우징) – 정밀 정렬 필요	정밀기계, 분해 용이	J7	약한 간섭 또는 거의 끼움 없음

실제 수치 예시 (베어링 직경 42mm 기준)

공차 기호	허용 범위 (µm)	비고
h6 (샤프트)	0 / -16	표준 축 허용차
k6 (샤프트)	+2 / -14	약한 간섭
m6 (샤프트)	+6 / -10	중간 간섭
n6 (샤프트)	+10 / -6	강한 간섭
H7 (하우징)	0 / +25	범용 구멍 허용차
J7 (하우징)	-6 / +19	약한 간섭
K7 (하우징)	-11 / +14	중간 간섭
M7 (하우징)	-18 / +7	강한 간섭

벽이 얇은 구조에서는 억지끼움보다는 접착과 기계적 구속을 병행하는 편이 안전합니다.

참고 : 제품설계 도면 끼워맞춤 공차란? 종류 및 활용법

좌대 깊이와 베어링 규격

외경 42mm 베어링(예: 6004)은 폭이 12mm입니다.

입구부 가공 깊이가 10mm라면 턱이 부족해 베어링이 끝까지 안정적으로 고정되지 않습니다. 이 경우 가공 깊이를 늘리거나, 반대쪽에서 스냅링이나 맞대는 캡으로 축방향 고정을 보강해야 합니다.

안정적인 대안

벽이 얇아지는 구조에서는 직접 억지끼움보다는 보조 부품을 활용하는 것이 바람직합니다.

슬리브(부시)를 제작해 파이프 내부에 체결한 뒤 슬리브에 베어링 하우징을 가공하면 충분한 벽두께를 확보할 수 있고, 구조적 안정성도 높일 수 있습니다. 또는 접착과 기계적 구속을 병행해 베어링을 잡아주는 것도 좋은 방법입니다.

결론적으로, 알루미늄 합금 파이프라도 선반가공 후 베어링 장착은 가능하지만 단순히 치수만 맞춘다고 끝나는 작업이 아닙니다. 벽두께, 재질 강성, 끼움 공차, 축방향 구속 방법 등을 종합적으로 고려해야만 실제 사용 환경에서 문제없이 안정적으로 작동할 수 있습니다.

FAQ

알루미늄 파이프를 베어링 하우징으로 사용할 때 가장 흔한 문제는 무엇인가요?

가장 흔한 문제는 벽두께 부족으로 인한 변형과 베어링 헐거움입니다. 특히 얇은 벽에서는 조립 후 시간이 지나면서 베어링이 흔들리거나 빠지는 경우가 발생할 수 있습니다. 따라서 보강 슬리브를 사용하거나 접착제를 병행하는 것이 좋습니다.

강관 대신 알루미늄 파이프를 선택하는 이유는 무엇인가요?

강관보다 가볍고 가공성이 뛰어나 DIY나 프로토타입 제작에 유리합니다. 또한 내식성이 좋아 녹 발생을 크게 줄일 수 있다는 장점이 있습니다.

베어링 장착 시 반드시 간섭끼움을 줘야 하나요?

반드시 그렇지는 않습니다. 특히 알루미늄처럼 변형이 쉬운 재질은 약한 간섭 또는 미세 유격 상태에서 고강도 리테이닝 컴파운드를 사용하는 방식이 오히려 안정적일 수 있습니다.

슬리브(부시)를 사용하는 이유는 무엇인가요?

슬리브는 얇은 파이프 벽에서 부족한 강성을 보강해주며, 정확한 베어링 하우징 치수를 얻을 수 있게 합니다. 또한 슬리브만 교체하면 하우징 전체를 다시 제작할 필요가 없어 유지보수가 용이합니다.

베어링을 장착한 후 축방향 고정은 어떻게 하나요?

입구 턱 가공만으로 부족하다면 스냅링 홈, 맞대는 캡, 또는 탭나사링을 이용해 축방향을 보강하는 것이 좋습니다. 단순히 끼움만으로는 장시간 사용 시 이탈 위험이 있습니다.

얇은 파이프에 베어링을 넣을 때 접착제는 꼭 필요할까요?

벽두께가 충분히 확보되지 않는 구조라면 고강도 리테이닝 컴파운드 사용이 사실상 필수에 가깝습니다. 열팽창에 의한 헐거움을 막고, 회전 진동에 의한 이탈을 예방할 수 있습니다.