틈새와 끼워맞춤

틈새와 끼워맞춤

2.4 틈새와 끼워맞춤

2.4.1 틈새와 끼워맞춤의 개념

품질특성의 실제치수는 허용한계 내에서 변동이 있으며, 예로서 조합되는 한쌍의 부품인 구멍과 축의 끼워맞춤(fit)에 있어서도 그 맞춤의 정도에 변동이 있을 것은 당연하다.

〔그림 5-6〕끼워맞춤시의 틈새

〔그림 5-6〕과 같이 부품 를 차례로 의 홈에 끼워맞출 때(이 때는 누적공차가 생긴다)

와 사이에 틈새(clearance) 가 생긴다. 이 때 누적공차의 변동 때문에 가 헐겁게 조립될 수도 있고, 억지로 끼워넣게 되는 수도 발생한다.

어쨌든 우리의 관심은 와 사이의 틈새의 크기에 있다.

〔그림 5-7〕헐거운 끼워맞춤 〔그림 5-8〕억지 끼워맞춤

틈새의 간단한 사례는〔그림 5-7〕및〔그림 5-8〕과 같은 한쌍의 부품 사이를 들 수 있다.

여기서 틈새는 짝을 이루는 품질특성인 의 외경과 의 내경에 의해 형성된다.

최대틈새는 부품 의 구멍의 최대한계에서 부품 (축)의 직경의 최소한계를 뺀 값이며, 최소틈새는 의 최소한계에서 S의 최대한계를 뺀 값에서 생긴다.

틈새는 실제의 틈새의 조건여하에 따라서 양(+)의 값이 되기도 하고. 음(-)의 값이 되기도 한다. 예를 들면, 구멍은 작고 축은 클 때의 끼워맞춤시 틈새는 음의 값을 갖는다. 이 때, 조립시는 구멍은 가열로 팽창하고, 축은 냉각으로 수축시켜서 그 치수를 변화시켜서 하게 된다.

2.4.2 끼워맞춤의 형태

끼워맞춤 은 다음 세 가지 형태가 있다.

① 헐거운 끼워맞춤(clearance fit) : 항상 틈새가 생기는 끼워맞춤. 축의 치수보다 구멍의 치수가 클 때의 끼워맞춤이다. 구멍의 하부로의 허용구역보다 아래에 있다(그림 5-7).

② 억지 끼워맞춤(interference fit) : 항상 죔새가 생기는 끼워맞춤. 축의 치수보다 구멍의 치수가 작을 때의 끼워맞춤이다(그림 5-8).

③ 중간끼워맞춤(transition fit) : 각각의 허용치수안에 다듬질한 구멍과 축을 끼워맞추었을 때 그 치수에 따라 틈새가 생기는 것도 있고 죔새가 생기는 것도 있는 끼워맞춤. 축의 허용구역은 구멍의 허용구역에 겹친다.

▶ 3가지 형태의 끼워맞춤의 사례

* 사례1 : 헐거운 끼워맞춤 ; 구멍-축

구 멍 축

① 최대허용치수 =50.025 mm =49.975 mm

② 최소허용치수 =50.000 mm =49.950 mm

③ 최대틈새 =-=0.075 mm

④ 최소틈새 =-=0.025 mm

⑤ 변동량 =0.075-0.025=0.050 mm

* 사례2 : 억지끼워맞춤 ; 축-구멍

구 멍 축

① 최대허용치수 =50.025 mm =50.050 mm

② 최소허용치수 =50.000 mm =50.034 mm

③ 최대죔새 =-=0.050 mm

④ 최소죔새 =-=0.009 mm

⑤ 변동량 =0.050-0.009=0.041 mm

* 사례3 : 중간 끼워맞춤

구 멍 축

① 최대허용치수 =50.025 mm =50.011 mm

② 최소허용치수 =50.000 mm =49.955 mm

③ 최대죔새 =-=0.011 mm

④ 최대틈새 =-=0.030 mm

⑤ 변동량 =0.011+0.030=0.041 mm

변동량 이란 끼워맞춤의 정도를 나타내는 척도로서, 헐거운 끼워맞춤에 있어서는 최대틈새와 최소틈새의 차이. 억지 끼워맞춤에 있어서는 최대죔새와 최소죔새의 차이, 중간 끼워맞춤에 있어서는 최대틈새와 최대죔새의 합을 변동량의 값으로 한다.

그리고 변동량은 죔새나 틈새로 허용되는 변동의 범위를 의미하므로 끼워맞춤공차(tolerance fit)라고도 하며, 끼워맞춤을 선택할 때에는 요구되는 성능을 확보하기 위하여 위의 변동량을 충분히 고려하도록 한다.

모든 기계나 기구는 그 사용 목적이 각각 다르다. 즉, 정밀한 부품을 가공하는 데 쓰이는 기계도 있고 그렇게 높은 정밀도를 요하지 않는 것을 만드는 것도 있으므로. 그 기계를 구성하는 부분의 끼워맞춤이 요구되는 것이 있는가 하면, 어떤 것은 헐겁게 맞추어져서 축이 구멍에서 자유롭게 움직일 수 있게 된 것도 있다. 끼워맞춤에 있어서 이렇게 변화가 요구되는 기본적인 이유는 그 기계나 기구의 사용 목적과 품질 그리고 각 부품이나 부분의 기능에 따라서 공차의 크기가 결정되기 때문이다

. 베어링 내경을 , 축 지름을 라 할 때 ∼, ∼의 분포를 한다. 이 베어링이 원활히 돌기 위해서는 최소한 0.0175의 틈새(clearance)가 필요하다면 너무 박빡해서 제대로 돌지 않는 불합격품은 얼마나 되겠는가?