제품설계 도면 끼워맞춤 공차란? 종류 및 활용법
자동차나 제품 설계 시 도면에 끼워맞춤 공차를 사용하는 이유는 부품 간의 적절한 조립과 성능 보장을 위해서입니다.
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공차란 부품 제조 시 발생할 수 있는 치수 오차를 허용하는 범위를 의미합니다.
이 오차는 부품 제조 공정에서 불가피하게 발생하므로, 이를 고려하여 적절한 공차를 설정함으로써 부품 간의 조립을 용이하게 하고 성능을 보장할 수 있습니다.
참고 : 자동차 설계 시 사용되는 기본용어 부품 이름정리
끼워맞춤 공차란 무엇인가?
끼워맞춤 공차는 구멍과 축 같은 부품이 조립될 때 발생하는 틈새나 죔새를 제어하기 위해 설정하는 공차입니다.
즉, 부품 간의 적절한 결합을 위해 허용하는 오차 범위를 말하며 이러한 끼워맞춤에는 세 가지 주요 유형이 있습니다.
- 헐거운 끼워맞춤 (Clearance Fit)
- 중간 끼워맞춤 (Transition Fit)
- 억지 끼워맞춤 (Interference Fit)
헐거운 끼워맞춤 (Clearance Fit)
헐거운 끼워맞춤은 구멍의 지름이 항상 축의 지름보다 큰 경우로, 조립 시 항상 틈새가 발생합니다. 이 방식은 미끄럼 운동이나 회전 운동이 필요한 부품에 주로 사용됩니다. 예를 들어, 베어링과 샤프트의 결합이 이에 해당합니다.
중간 끼워맞춤 (Transition Fit)
중간 끼워맞춤은 구멍과 축의 치수에 따라 틈새나 죔새가 모두 발생할 수 있는 경우입니다. 이 방식은 헐거운 끼워맞춤과 억지 끼워맞춤의 중간 형태로, 조립의 용이성과 고정성을 동시에 필요로 하는 경우에 사용됩니다. 예를 들어, 휠 허브와 축의 결합이 이에 해당합니다.
억지 끼워맞춤 (Interference Fit)
억지 끼워맞춤은 구멍의 지름이 항상 축의 지름보다 작은 경우로, 조립 시 항상 죔새가 발생합니다. 이 방식은 부품이 분해되지 않도록 강하게 고정해야 할 때 사용됩니다. 예를 들어, 기어와 축의 결합이 이에 해당합니다.
끼워맞춤 공차의 세부 사항
끼워맞춤 공차표는 구멍과 축의 공차 등급을 조합하여 다양한 끼워맞춤 상태를 나타내는 표로서 여기서는 일반적으로 사용되는 헐거운 끼워맞춤, 중간 끼워맞춤, 억지 끼워맞춤의 공차 범위를 예시로 들겠습니다.
| 끼워맞춤 종류 | 구멍(내경) 허용 공차 | 축(외경) 허용 공차 | 설명 |
|---|---|---|---|
| 헐거운 끼워맞춤 (Clearance Fit) | H7 | g6 | 부품 간의 움직임이 자유로움 |
| 중간 끼워맞춤 (Transition Fit) | H7 | k6 | 약간의 간섭 또는 헐거움 |
| 간섭 끼워맞춤 (Interference Fit) | H7 | p6 | 부품 간의 강한 결합 |
헐거운 끼워맞춤
- 최대 틈새: 구멍의 최대 허용 치수와 축의 최소 허용 치수 차이
- 최소 틈새: 구멍의 최소 허용 치수와 축의 최대 허용 치수 차이
억지 끼워맞춤
- 최대 죔새: 축의 최대 허용 치수와 구멍의 최소 허용 치수 차이
- 최소 죔새: 축의 최소 허용 치수와 구멍의 최대 허용 치수 차이
끼워맞춤 공차의 표기 예시
제품 설계에서 끼워맞춤 공차는 구멍과 축의 공차 등급을 조합하여 표시합니다. 예를 들어, “Φ50H7/f7″은 구멍의 공차가 H7, 축의 공차가 f7인 경우를 의미합니다. 여기서 “H”는 구멍 공차 등급을, “f”는 축 공차 등급을 나타내며, 뒤의 숫자는 IT (International Tolerance) 등급을 의미합니다.
실용 예시
- 베어링과 샤프트 (헐거운 끼워맞춤)
- 베어링은 회전 운동을 필요로 하므로 축보다 구멍이 약간 크게 설계됩니다. 일반적으로 H7/g6 공차 조합을 사용합니다.
- 휠 허브와 축 (중간 끼워맞춤)
- 휠 허브와 축은 중간 끼워맞춤을 통해 고정성과 조립의 용이성을 모두 보장합니다. H7/k6 공차 조합이 일반적입니다.
- 기어와 축 (억지 끼워맞춤)
- 기어는 축에 강하게 고정되어야 하므로 구멍이 축보다 작게 설계됩니다. H7/p6 공차 조합을 사용할 수 있습니다.
공차 계산 예시
- 50f7 공차 계산
- IT7 등급의 공차 값은 0.025mm입니다.
- 위치수 허용차가 -0.025mm라면, 아래치수 허용차는 -0.050mm가 됩니다.
- Φ50H7 공차 계산
- IT7 등급의 공차 값은 0.025mm입니다.
- 아래치수 허용차가 0mm라면, 위치수 허용차는 0.025mm가 됩니다.
이러한 공차 계산은 부품 제조 시 치수 오차를 허용하고 조립의 신뢰성을 보장하는 데 필수적입니다.
끼워맞춤 공차는 기계 부품의 조립에서 매우 중요한 요소이며 각 부품의 기능과 작동 상태를 고려하여 적절한 공차를 설정하면, 조립의 용이성과 성능을 보장할 수 있습니다. 구멍 기준 끼워맞춤 방식이 일반적이며, 이는 구멍의 가공과 검사가 축보다 어렵기 때문입니다.
실용적인 공차 설정은 실제 조립에서 매우 중요하며, 이는 도면에서 H7, h6 등의 공차 등급으로 표시됩니다. 이러한 공차 설정을 통해 부품 간의 적절한 결합을 보장하고 제품의 성능과 신뢰성을 확보할 수 있습니다.
