상용하는 구멍 및 축 기준 끼워맞춤 [KS B 0401]

축 부품도면 예시

끼워맞춤이란?

기계 부품의 경우 축과 구멍 이외에도 키와 키홈 같은 부분은 서로 끼워서 맞추어야하는 관계가 있다. 축의 지름이 구멍의 지름보다 작은 경우에는 틈새가 발생하고, 반대로 축의 지름이 구멍의 지름보다 큰 경우에는 죔새가 발생한다. 이 틈새와 죔새는 눈으로 확인하기 어려운 미세한 양이므로 가공시에도 정밀가공이 필요하게 된다.

끼워맞춤 공차는 주로 3종류로 분류

■ 헐거운 끼워맞춤(축을 구멍에서 쉽게 분해 가능)

축이 조립될 상대 구멍보다 치수가 작고 틈새가 있는 것

축을 회전시키고 싶은 경우, 가공비용이나 조립비용을 저렴하게 하고 싶은 경우, 사람의 손으로 자주 축을 분해 조립하고 싶은 경우

기능상 큰 틈새가 필요한 부분 또는 끼워맞춤되는 길이가 긴 부품

윤활이 잘되어야 하는 습동부분, 분해가 많은 끼워맞춤 부분, 정밀한 운동이 요구되는 부분

■ 중간 끼워맞춤

헐거운 끼워맞춤과 중간 끼워맞춤의 중간 정도로 축과 구멍에 아주 작은 틈새가 있고 망치로 두드리면 들어갈 정도의 압입

구멍의 최소허용치수보다 축의 최대허용치수가 큰 경우, 구멍의 최대허용치수보다 축의 최소허용치수가 작은 경우

이 설명으로는 이해하기 어려울 수도 있는데 간단히 말하면 실제 축과 구멍의 직경은 같거나 축이 구멍보다 작고 약간의 간극이 있는 상태를 말한다.

부품을 손상시키지 않고 분해가능하지만 압입 정도에 따라 망치로 가볍게 두드려야 하는 경우가 있다.

축의 고정밀 위치결정, 노크 핀 고정 등

고품질의 위치결정, 정밀한 습동부분 또는 중요하지 않은 정지부분, 고정도 위치결정, 틈새가 생겨서는 안되는 고정도의 위치결정(사용중 서로 움직이지 않도록 한다)

■ 억지 끼워맞춤

일반적으로 압입이라고 하지만 정확하게 말하면 구멍의 최대허용치수보다 축의 최소허용치수가 큰 경우를 말한다.

조립 및 분해시 큰 힘이 요구되는 경우, 철과 철, 청동과 청동과의 표준 압입고정, 영구적인 조립

축이 조립될 구멍보다 치수가 크고, 강제로 압입해야 끼워지는 경우, 한번 압입하면 충격을 가해도 쉽게 빠지지 않으므로 견고한 고정이 가능 

틈새와 죔새

클리어런스(틈새가 있는 경우)

최대 클리어런스 : 구멍의 최대허용치수와 축의 최소허용치수의 차이

최소 클리어런스 : 구멍의 최소허용치수와 축의 최대허용치수의 차이

죔새가 있는 경우

최대 죔새 : 구멍의 최소허용치수와 축의 최대허용치수와의 차이

최소 죔새 : 구멍의 최대허용차수와 축의 최소허용치수와의 차이

끼워맞춤 공차 기호 및 수치의 의미

끼워맞춤 공차는 알파벳과 숫자의 조합으로 구성된다. 여기서 "어느 알파벳과 숫자를 조합하는 것이 좋은가? 그 선정 기준은 무엇인가" 이런 의문이 들것이다.

알파벳 기호는 공차역의 위치를 나타내며 A~ZC의 28종류가 있으며 뒤로 갈수록 공차역이 0에서 멀어지게 된다.(즉 구멍은 커지고 축은 작아진다)

아래 예시의 구멍(알파벳 대문자)과 축(알파벳 소문자)의 끼워맞춤 조합을 보면 조합 후의 틈새(공차, 간극량)량을 알 수 있다. 여기서 가운데 10H7/h&의 경우 하한치수가 "0"이 나오기 때문에 기준으로 생각하기 쉽다.

공차 예

G7, H7 등의 알파벳 기호 우측의 수치는 공차 등급을 의미한다. 1~18등급까지 있으며 숫자가 작아질수록 고정밀도가 요구된다. 베어링같은 정밀한 부품을 조립하는 경우 수치가 작은 등급이 필요하겠지요?

일반적인 끼워맞춤은 6~10등급이며 그 중에서도 6급과 7급이 가장 많이 사용된다.

상용하는 구멍 및 축 기준 끼워맞춤 [KS B 0401]

■ 상용하는 구멍기준식 끼워맞춤

기준 구멍

축의 공차역 클래스 (축의 종류와 등급)

헐거운 끼워맞춤

중간 끼워맞춤

억지 끼워맞춤

H6

g5

h5

js5

k5

m5

f6

g6

h6

js6

k6

m6

n61)

p61)

H7

f6

g6

h6

js6

k6

m6

n61)

p61)

r61)

s6

t6

u6

x6

e7

f7

h7

js7

H8

f7

h7

e8

f8

h8

구멍기준 끼워맞춤 중에서 H6와 H7에 결합되는 축의 공차역 클래스가 범위가 넓어 헐거운 끼워맞춤에서 억지끼워맞춤까지 널리 사용되는 것이다. 그 중에서도 H7의 기준구멍이 끼워맞춤되는 축의 공차역 범위가 가장 넓으므로 H7이 가장 많이 이용되고 있다.

d9

e9

H9

d8

e8

h8

c9

d9

e9

h9

H10

b9

c9

d9

 

[주] 1. ¹) 로 표시한 끼워맞춤은 치수의 구분에 따라 예외가 생긴다.

2. 중간 끼워맞춤 및 억지 끼워맞춤에서는 기능을 확보하기 위해 선택 조합을 하는 경우가 많다.

[참고]

① 공차등급 : 치수공차 방식, 끼워맞춤 방식으로 전체의 기준 치수에 대하여 동일 수준에 속하는 치수공차의 일군을 의미함. (예: IT7과 같이, IT에 등급을 표시하는 숫자를 붙여 표기함)

② 공차역 : 치수공차를 도시하였을 때, 치수공차의 크기와 기준선에 대한 위치에 따라 결정하게 되는 최대허용치수와 최소허용치수를 나타내는 2개의 직선 사이의 영역을 의미함.

③ 공차역 클래스 : 공차역의 위치와 공차 등급의 조합을 의미함.

 

■ 상용하는 축기준식 끼워맞춤

기준축

구멍의 공차역 클래스 (축의 종류와 등급)

헐거운 끼워맞춤

중간 끼워맞춤

억지 끼워맞춤

h5

H6

JS6

K6

M6

N61)

P6

h6

F6

G6

H6

JS6

K6

M6

N6

P61)

F7

G7

H7

JS7

K7

M7

N7

P71)

R7

S7

T7

U7

X7

h7

E7

F7

H7

F8

H8

h8

D8

E8

F8

H8

D9

E9

H9

h9

D8

E8

H8

C9

D9

E9

H9

B10

C10

D10

[주] 중간 끼워맞춤 및 억지 끼워맞춤에서는 기능을 확보하기 위해 선택 조합을 하는 경우가 많다.

아래 참고 도면을 보면 본체 하우징에 조립된 베어링이나 베어링 내경에 끼워맞춤된 축이나 스퍼기어에 평행키로 고정한 구멍 부분과 축은 끼워맞춤된 부품들인데 도대체 공차를 어떻게 적용시켜 도면을 그려야 하는 것일까?

이런 궁금한 사항이 설계초보자나 학생들에게 한번쯤 고민이 될만한 사항일 것이다.

기어감속장치 조립도 예

구멍의 경우 H7 등의 공차를 기준으로 축 쪽을 h, g, m공차나 p공차 등으로 기능에 알맞는 설계자가 원하는 끼워맞춤으로 하고, 반대로 축을 기준으로 하면 h공차를 기준으로 M공차나 P공차 등을 이용해 끼워맞춤하는 것이 일반적이다.

즉, H나 h공차는 가장 일반적으로 사용하며 기준을 일반적인 공차에 맞추어 설계하는 장점에는 가공이나 측정검사에 있어서도 공구나 측정기, 측정공구가 특수한 것이 아니더라도 되므로 비용 부분에 있어 장점이 있다.

평행핀 등과 같이 구입하는 기계요소 자체에 공차가 정해져 있는 경우는 그 공차에 맞추어 구멍 공차를 선택해야 한다. 구입하여 사용하는 각종 기계요소의 카탈로그 등에서 사용하기 위한 구멍 공차의 별도 추천 지시가 있는 경우는 공차를 적용할 필요가 있다. 

구멍을 기준으로 끼워맞춤하는 방식을 「구멍 기준식」이라고 하고, 축을 기준으로 하는 방식을 「축 기준식」이라고 한다.

예)평행핀을 위치결정에 이용하는 경우

A와 B의 부품을 평행핀으로 위치결정하고 고정한다. 조립 및 유지보수에서 B 부품을 자주 제거한다. 이때 위치결정에 사용하고 있던 평행핀이 빠지지 말아야 하기 때문에, A나 B 부품 중 어느 쪽인가에 평행핀을 고정해 두고 싶다. 이 때 양쪽 부품에 H8의 구멍 공차를 적용하면 평행핀이 쉽게 빠져 버리고, 양쪽의 부품을 m6 공차로 하면 분해하기가 어렵다. 따라서 이런 경우 A를 m6의 맞는 공차, B를 H8의 맞는 공차 로 하는 고려가 필요하다.

구멍 H8/ 평행핀 m6

구멍 H7/ 평행핀 m6

구멍 H6/ 평행핀 m6

구멍 M6/ 평행핀 m6

베어링의 끼워맞춤 

베어링은 사용되는 장소에 알맞는 공차를 선정할 필요가 있다. 특히 베어링의 외경은 하우징에 끼워맞춤되고, 내경은 축과 맞추어야 하기 때문에 구멍과 축에 어던 공차를 적용해야 할지 살짝 머리가 아픕니다만, 베어링의 기능을 생각할 때, 외경과 내경을 독립적으로 적용한다면 좋을 것다고 생각한다. 

 H6H7H8H9적용 부분기능적 분류적용 예

부품을 상대적으로 움직일 수 있습니다.	스키마바메	완합				c9	특히 큰 틈새가 있거나 틈새가 필요한 움직이는 부분. 조립을 용이하게 하기 위해 틈새를 크게 할 수 있는 부분. 고온시에도 적당한 틈새가 필요한 부분.	기능상 큰 틈새가 필요한 부분. (팽창한다. 위치 오차가 크다.) (맞춤 길이가 길다.) 비용을 낮추고 싶다. (제작 비용) (보수비용)		피스톤 링과 링 홈 느슨한 고정 핀의 맞물림
		경전합			d9	d9	큰 틈새가 있을 수 있거나 틈새가 필요한 부분.			크랭크 웹 및 핀 베어링 (측면) 배기 밸브 밸브 상자
				e7	e8	e9	약간 큰 틈새가 있을 수 있거나 틈새가 필요한 움직이는 부분. 약간 큰 틈새에서 윤활이 좋은 베어링 부분. 고온·고속·고부하 베어링부(고도의 강제윤활).	일반 회전 또는 미끄러지는 부분. (윤활의 좋은 것이 요구된다) 보통의 맞는 부분. (분해하는 경우가 많음)		배기 밸브 밸브 시트의 맞물림 크랭크축용 주베어링 일반 슈동부
		전합	f6	f7	f7 f8		적당한 틈새가 있어 운동을 할 수 있는 맞는(상질의 맞는). 그리스・유윤활의 일반 상온 베어링부.			냉각식 배기 밸브 밸브 박스 삽입부 일반 축 및 부싱 링크 장치 레버 및 부싱
		정전합	g5	g6			경하중 정밀 기기의 연속 회전 부분. 틈새에 있는 작은 운동을 할 수 있는 맞물림 (스피콧, 처짐). 정밀한 느슨한 부분.	거의 흔들림이 없는 정밀한 운동이 요구되는 부분.		연결 장치 핀과 레버 키 및 키 홈 정밀 제어 밸브 스틱
부품을 상대적으로 움직일 수 없다.	중간 끼움	미끄러짐	h5	h6	h7 h8	h9	윤활제를 사용하면 손으로 움직일 수 있는 맞물림(상질의 위치결정). 특히 정밀한 느슨한 부분. 중요하지 않은 정지 부분.	부품을 손상시키지 않고 분해·조립할 수 있다.	맞물림의 결합력만으로는 힘을 전달할 수 없다.	림과 보스 맞물림 정밀 기어 장비 기어 맞물림
		압입	h5 h6	js6			경미한 틈새가 있을 수 있는 임명 부분. 사용 중에 서로 움직이지 않도록 하는 고정밀도의 위치결정. 나무·납 해머로 조립·분해가 가능한 정도의 맞는다.			피팅 플랜지 사이의 맞물림 거버너웨이와 핀 기어 림과 보스의 맞물림
		타격	js5	k6			조립·분해에 철 해머·핸드 프레스를 사용하는 정도의 맞물림(부품 상호간의 회축 방지에는 키 등이 필요). 높은 정밀도의 위치결정.			기어 펌프 축과 케이싱의 고정 리머 볼트
			k5	m6			조립·분해에 대해서는 위와 같다. 조금의 틈새도 용서되지 않는 고정밀한 위치결정.			리머볼트 유압기기 피스톤과 축의 고정 피팅 플랜지와 축과의 맞물림
		경압입	m5	n6			조립·분해에 상당한 힘을 필요로 하는 맞는다. 고정밀도 고정 설치(대 토크의 전동에는 키 등이 필요).		작은 힘이라면 맞는 결합력으로 전달할 수 있다.	편향축 피팅과 기어(수동측) 고정밀도 장착 흡입 밸브, 밸브 안내 삽입
	시마리바메	압입	n5 n6	p6			조립·분해에 큰 힘을 필요로 하는 맞물림(대토크의 전동에는 키 등이 필요). 단, 비철 부품끼리의 경우에는 압입력은 경압입 정도가 된다. 철과 철, 청동과 구리의 표준 압입 고정.	부품을 손상시키지 않고 분해하는 것은 어렵다.		흡입 밸브, 밸브 안내 삽입 기어와 축의 고정 (소 토크) 편향 조인트 축과 기어 (구동측)
			p5	r6			조립·분해에 대해서는 위와 같다. 큰 치수의 부품에서는 굽기, 냉장, 강압입이 된다.			피팅과 축
		강압 입 ・ 굽기 ・ 냉장
			r5	s6 t6 u6 x6			서로 확고하게 고정되어 조립에는 굽기, 냉장, 강압입을 필요로 하고 분해하지 않는 영구적인 조립이 된다. 경합금의 경우에는 압입 정도가 된다.		맞물림의 결합력으로 상당한 힘을 전달할 수 있다.	베어링 부싱의 장착 고정
										흡입 밸브, 밸브 시트 삽입 피팅 플랜지와 축 고정 (대 토크)
										구동 기어 림과 보스의 고정 베어링 부싱 장착 고정