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[스터디] 설계 - 공차 (1) 본문
✅ 설계 공차란?
설계 공차는 제품이나 부품을 설계할 때, 완벽하게 정확한 치수로 만들 수 없다는 점을 고려하여 허용 가능한 오차 범위를 설정하는 것을 의미합니다.
✅설계 공차가 필요한 이유
1. 제작상의 한계
제조 과정에서 다양한 요인(온도, 습도, 재료의 특성 등)으로 인해 설계 치수와 정확히 일치하는 제품을 만드는 것은 현실적으로 불가능합니다.
2. 기능상의 문제
설계 치수와 약간의 차이가 있더라도 제품의 기능에 문제가 없다면 허용 가능한 오차 범위를 설정하여 제작 효율성을 높일 수 있습니다.
3. 비용 절감
엄격한 공차는 정밀한 제작 기술을 요구하므로 비용이 증가합니다. 적절한 공차 설정을 통해 제작 비용을 절감할 수 있습니다.
✅ 치수 공차(Tolerance)
1. 치수 공차의 용어
a. 실치수 : 두점 사이의 거리를 실제로 측정한 치수
b. 허용한계치수 : 실치수가 그 사이에 들어가도록 정한 대 · 소의 허용치수이며, 최대허용치수와 최소허용치수가 있다
c. 기준 치수 : 치수허용한계의 기준이 되는 치수
d. 기준선 : 허용한계치수 또는 끼워맞춤을 도시할 때 치수허용차의 기준이 되는 선으로, 치수허용차가 0인 직선으로 기준치수를 나타낼 때 사용한다.
e. 치수허용차 : 허용한계치수에서 그 기준치수를 뺀 값으로, 위치수 허용차와 아래 치수허용차가 있다.
f. 치수공차 : 최대허용 한계치수와 최소허용 한계치수의 차이다. 또는 위치수 허용차와 아래치수 허용차의 차를 의미하기도 하며, 공차라고도 한다.
2. 직렬 치수 기입과 병렬 치수 기입
2.1 직렬 치수 기입
직렬 치수 기입은 기준면으로부터 연속된 여러 치수를 한 방향으로 나란히 기입하는 방식이다. 각 치수의 오차가 누적되어 전체 치수의 오차가 커질 수 있다.
2.2 병렬 치수 기입
병렬 치수 기입은 기준면으로부터 각각의 치수를 독립적으로 기입하는 방식이다. 각 치수의 오차가 서로에게 영향을 미치지 않아 전체 치수의 오차를 줄일 수 있습니다.
✅ 끼워맞춤
1 끼워맞춤의 종류
1.1 헐거움 끼워맞춤
구멍의 최소 치수가 축의 최대치수보다 큰 경우의 끼워맞춤으로 미끄럼운동이나 회전운동이 필요한 기계부품 조립에 적용한다.
- 보통급 : 자유상태에서 아무런 힘을 가하지 않아도 끼워맞추어진 부품들이 서로 분해된다. 조립시간 단축이 가능하며, 열변형이 있어도 부품들 사이에 적당한 틈이 확보된다.
- 회전틈새 : 적당한 틈이 있어서 윤활제를 이용하여 2개의 부품들이 서로 상대적 회전이나 직선운동이 가능하며, 약간의 힘으로 분해가 가능하다.
- 정밀급 : 손으로 위치정렬을 한 후, 힘을 주어 밀어 넣어서 조립한다. 조금이라도 부품이 정렬이 안되어 있으면 손으로 조립이 불가하며 자유상태에서 어느 정도 이상의 강한 힘을 주어야 서로 분해된다. 대부분의 정밀기계 조립에 사용된다.
1.2 중간 끼워맞춤(정밀 끼워맞춤)
구멍과 축의 실제 치수에 따라 죔새와 틈새가 생기는 끼워맞춤으로 베어링 조립에 주로 쓰인다.
- 때려박음 : 망치나 프레스와 같은 공구를 사용하지 않으면 조립이나 분해가 불가능하다.
1.3 억지 끼워맞춤
구멍의 최대 치수가 축의 최소 치수보다 작은 경우이며, 항상 죔새가 생기는 끼워맞춤으로 동력전달장치의 분해조립의 반영구적인 곳에 적용된다.
- 열박음 : 조립할 때 부품을 가열 또는 냉각시킨 후에 조립을 하고, 상온에서 복귀시켜 조립하는 경우로 분해가 영구적으로 불가능하다.
2. 구멍과 축의 공차 표기
구멍과 축의 공차는 공차등급과 공차역의 조합으로 표기할 수 있다.
2.1 공차역
구멍의 공차역은 A부터 ZC까지 대문자 기호로 표시하며, 축의 공차역은 a부터 zc까지 소문자 기호로 나타낸다.
단, 혼동을 피하기 위해서 다음 문자는 사용하지 않는다. (I, L, O, Q, W, i, l, o, q, w)
일반적으로 기초가 되는 치수 허용차는 기준선에 가까운 쪽의 허용 한계치수를 규정하고 있다.
a. 위 치수 허용차
- 구멍의 위 치수 허용차는 기호 ES에 따라, 축의 위 치수 허용차는 기호 es에 따라 표시한다.
b. 아래 치수 허용차
- 구멍의 아래 치수 허용차는 기호 EI에 따라, 축의 아래 치수 허용차는 기호 ei에 따라 표시한다.
2.2 공차 등급
IT(International Tolerance) 기본공차는 치수공차와 끼워맞춤에 있어서 정해진 모든 치수공차를 의미하는 것으로, 국제 표준화 기구(ISO) 공차 방식에 따라 분류하며, IT 01부터 IT 18까지 구분하여 규정되어 있다.
기준치수가 500이하인 경우와 500을 초과하여 3150까지 기본공차의 치수를 나타낸다.
2.3 상응하는 끼워 맞춤
상응하는 끼워맞춤은 H구멍을 기준 구멍으로 하고, 이에 적당한 축을 선택하여 필요한 죔새 또는 틈새를 주는 끼워맞춤 또는 h축 기준 축으로 하여 이것에 적당한 구멍을 선택하여 필요한 죔새 또는 틈새를 주는 끼워맞춤의 어느 것으로 한다.
✅ 기하 공차(Geometrical Tolerancing)
기하 공차는 기계 부품의 치수 공차에 형상 및 위치 공차를 주어 제품을 정미랗고 효율적으로 생산하여 경제성을 추구하는데 있다.
1. 형상 공차(Form Tolerance)
1.1 진직도(Straightness)
직선 형상이 이상적인 직선으로부터 얼마나 벗어나는지를 나타내며, 직선의 '곧음'정도를 평가하는 척도이다.
아래 기하공차 표시 방법(직선치수 or Φ)에 따라 공차의 정도가 달라진다.
1.2 평면도(Flatness)
평면 형상이 이상적인 평면으로부터 얼마나 벗어나는지를 나타낸다.
1.3 진원도(Circularity / Roundness)
원형 형상이 이상적인 원으로부터 얼마나 벗어나는지를 나타낸다.
1.4 원통도(Cylindricity)
원통 형상이 이상적인 원통으로부터 얼마나 벗어나는지를 나타낸다.
1.5 윤곽도(Profile)
특정 선 또는 면의 형상이 이상적인 형상으로부터 얼마나 벗어나는지를 나타낸다.
2. 자세 공차(Orientration Tolerance)
2.1 평행도(Parallelism)
두 직선 또는 두 평면이 서로 평행한 정도를 나타낸다.
2.2 직각도(Perpendicularity / Squareness)
두 직선 또는 두 평면이 서로 직각을 이루는 정도를 나타낸다.
2.3 경사도(Angularity)
두 직선 또는 두 평면이이 이루는 각도를 나타낸다.
3. 위치 공차(Location Tolerance)
3.1 위치도(Position)
구멍, 축 등의 중심 위치가 기준면 또는 기준선으로부터 얼마나 정확한 위치에 있는지를 나타낸다.
3.2 동축도(Concentricity / Coaxiality)
두 개 이상의 원통 또는 축의 중심축이 일치하는 정도를 나타낸다.
3.3 대칭도(Symmetry)
형상이 기준면 또는 기준선을 기준으로 대칭을 이루는 정도를 나타낸다.
4. 흔들림 공차(Runout Tolerance)
4.1 원주 흔들림(Circular Runout)
회전하는 형상의 특정 위치에서 발생하는 흔들림을 나타낸다.
4.2 총 흔들림(Total Runout)
회전하는 형상의 전체 영역에서 발생하는 흔들림을 나타낸다.
✅ Comment
공부를 하다가 알게된 사실이라면, 기하 공차의 세계가 생각보다 심오하다는 것이다.
설계 전문가로 거듭나기 위해서는 반드시 공부해야한다.
기하 공차의 심화 내용에 대해서는 이후 글에서 다뤄보겠다.
탄탄한 이론 + 다양한 경험을 쌓자.
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