기계 설계를 처음 접할 때는 부품을 정확하게 맞추는 것에 집중하지만, 실제 생산 현장에서는 ‘정확함’보다 중요한 것이 있습니다. 바로 ‘공차(Tolerance)’입니다. 특히 **조립 공차**는 부품 간 간섭 없이 결합이 가능한지를 결정하는 핵심 요소로, 설계자가 반드시 이해하고 적용할 수 있어야 하는 기초 중의 기초입니다. 이번 글에서는 설계자가 알아야 할 조립 공차 개념을 체계적으로 소개합니다.
1. 조립 공차란 무엇인가?
1) 정의
조립 공차는 두 개 이상의 부품이 조립될 때 **정상적으로 조립되도록 허용되는 치수의 오차 범위**를 말합니다. 설계 시 이 범위를 설정하지 않으면, 조립이 불가능하거나 부품이 헐거워지는 문제가 발생할 수 있습니다.
2) 왜 중요한가?
- 조립 불량 예방 - 생산성 향상 및 불량률 감소 - 부품 호환성과 유지보수 용이성 확보
2. 공차의 기본 개념
1) 공차의 구성
- **치수 공차**: 부품 자체의 가공 오차 범위 - **조립 공차**: 두 부품이 조립될 때의 전체 허용 오차
2) 기준치와 허용한계
- 기준치: 목표로 하는 설계 치수 - 상한치/하한치: 기준치에서 허용 가능한 최대/최소 값 예: 10.00mm ±0.05 → 상한치 10.05mm, 하한치 9.95mm
3. 공차 종류별 차이점
1) 클리어런스 핏 (Clearance Fit)
- 항상 틈이 존재하는 결합 방식 - 축이 구멍보다 작아 쉽게 조립 가능 - 예: 볼트-홀 조립
2) 인터퍼런스 핏 (Interference Fit)
- 일부러 간섭이 생기도록 설계하여 강하게 결합 - 고정성 우수하지만 조립 시 압입 필요 - 예: 베어링 삽입, 기어 고정
3) 트랜지션 핏 (Transition Fit)
- 클리어런스와 인터퍼런스 중간 - 약간 헐겁거나 약간 빡빡할 수 있음 - 예: 정밀 가공 부품
4. 공차 표기 방법
1) ISO 시스템
- 구멍 기본 시스템: 예) H7 - 축 기본 시스템: 예) h6 - 대문자: 구멍, 소문자: 축
2) IT 등급 (International Tolerance Grade)
- IT6, IT7 등 숫자가 낮을수록 정밀 - 일반적으로 조립에는 IT6~IT10 사용
3) 허용 오차 계산
- 예: 구멍 H7 (Ø20, IT7 기준) → 허용차: +0.021 / 0 - 필요한 핏을 기준으로 조합 결정
5. 설계 시 조립 공차 적용 예시
1) 기어축과 하우징 결합
- 하우징: H7 - 축: k6 또는 m6 - 고정력과 조립성을 동시에 확보
2) 슬라이딩 구조
- 구멍: H8 - 축: f7 - 마찰을 최소화하고 부드러운 동작 유도
3) 간단한 볼트 체결 구조
- 구멍: H12 - 볼트: 일반 규격 - 위치 정확성보다 가공 용이성과 생산성이 중요
6. 조립 공차 설계 시 유의사항
1) 공정 능력 고려
- 가공 업체의 최소 허용 공차 범위 파악 - 너무 정밀한 공차는 불필요한 비용 유발
2) 사용 환경 반영
- 고온/저온, 습도 등에 따라 재료 팽창 고려 - 열 팽창 계수도 고려한 공차 설계 필요
3) 공차 누적 문제 방지
- 여러 부품이 조립될 경우, 누적 공차가 문제될 수 있음 - 기준 부품을 설정하고 기준 치수를 명확히 지정
마무리하며
조립 공차는 기계설계에서 단순한 수치가 아닌, **제품의 성능과 생산성을 좌우하는 핵심 요소**입니다. 정밀도만을 추구하는 것이 아닌, 기능성과 조립성을 동시에 고려한 공차 설계가 중요합니다. 오늘 소개한 기본 개념과 적용 사례를 참고하시면, 설계 단계에서부터 실수 없이 제품을 완성할 수 있을 것입니다.
자주 묻는 질문(FAQ)
1. 공차를 꼭 설계 도면에 표기해야 하나요?
네, 반드시 표기해야 합니다. 공차가 없으면 가공자가 임의로 판단하게 되어 조립 불량이나 간섭 문제가 생길 수 있습니다.
2. 공차는 어떻게 계산하나요?
ISO 공차 등급 표를 참고하거나, CAD 프로그램에서 기본 제공하는 공차 계산기를 사용할 수 있습니다.
3. 너무 정밀한 공차를 쓰면 좋은가요?
아닙니다. 불필요하게 좁은 공차는 가공 비용을 상승시키고 생산성을 낮춥니다. 기능상 필요한 최소 공차를 적용하는 것이 좋습니다.