끼워맞춤

보통공차가 길이 치수와 각도 치수에 대한 공차라면 끼워맞춤(fit)은 끼워 맞춰지는 구멍과 축 사이의 공차 방식(system)이다. 끼워 맞춰지는 구멍과 축 사이의 관계라고 이해하면 된다. 다만 끼워맞춤에서의 구멍(hole)은 구멍과 같은 역할을 하는 안쪽 형체 모두를 의미하고, 축(shaft)은 축과 같은 기능을 가진 바깥쪽 형체 모두를 의미한다는 것을 염두에 두어야 한다. 끼워맞춤은 다음의 두 가지 요소로 구성되어 있다. 구멍 또는 축의 표준 공차 등급: 기초가 되는 치수 허용차를 결정하는 요소 IT 등급: 공차를 결정하는 요소 도면에 끼워맞춤을 지시할 때에는 기준 치수 다음에 이 두 가지 요소를 함께 표시해야 한다. Ø16H7: Ø16은 기준 치수, H는 구멍의 표준 공차 등급, 7은 IT 등급이다. Ø16g6: Ø16은 기준 치수, g는 축의 표준 공차 등급, 6은 IT 등급이다. 구멍 또는 축의 표준 공차 등급과 IT 등급을 합해서 공차 등급(tolerance grade)이라 부른다. 1. IT 등급 IT(international tolerance) 등급은 0mm 초과, 500mm 이하의 기준 치수에 대하여 IT 01, IT 0, IT 1, IT 2 ... IT 18까지 20개 등급이 있으며, 기준 치수가 500mm 초과, 3150mm 이하인 경우에는 IT 1, IT 2 ... IT 18까지 18개 등급이 있다.(KS B 0008-1 부속서 A: 치수공차 및 끼워맞춤 방식의 기초) 표 L2-1은 기준 치수 500mm이하에 대한 IT 등급별 공차의 일부를 나타낸 것이다. 기준 치수가 클수록, IT 등급이 높을수록 공차가 커진다.

기준 치수 (mm)		IT 등급
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
초과	이하	공차(μm)											공차(mm)
	3	0.8	1.2	2	3	4	6	10	14	25	40	60	0.10	0.14
3	6	1	1.5	2.5	4	5	8	12	18	30	48	75	0.12	0.18
6	10	1	1.5	2.5	4	6	9	15	22	36	58	90	0.15	0.22
10	18	1.2	2	3	5	8	11	18	27	43	70	110	0.18	0.27
18	30	1.5	2.5	4	6	9	13	21	33	52	84	130	0.21	0.33
30	50	1.5	2.5	4	7	11	16	25	39	62	100	160	0.25	0.39
50	80	2	3	5	8	13	19	30	46	74	120	190	0.30	0.46
80	120	2.5	4	6	10	15	22	35	54	87	140	220	0.35	0.54
120	180	3.5	5	8	12	18	25	40	63	100	160	250	0.40	0.63
180	250	4.5	7	10	14	20	29	46	72	115	185	290	0.46	0.72
250	315	6	8	12	16	23	32	52	81	130	210	320	0.52	0.81
315	400	7	9	13	18	25	36	57	89	140	230	360	0.57	0.89
400	500	8	10	15	20	27	40	63	97	155	250	400	0.63	0.97

<표 L2-1>

표 L2-2는 IT 등급별 용도를 나타낸 것이다. 정밀 측정 기구인 게이지(gauge) 제작에는 공차가 작은, 낮은 등급이 사용된다. 구멍의 IT 등급은 축의 IT 등급보다 한 등급 위의 것을 적용한다. 예를 들어, 축이 IT 5이면 구멍은 IT 6을 적용한다. 구멍이 축보다 가공하기 어렵기 때문에 더 큰 공차를 허용하는 것이다.

용도	게이지 제작	끼워맞춤	끼워맞춤 외
구멍	IT 01 ∼ IT 5	IT 6 ∼ IT 10	IT 11 ∼ IT 18
축	IT 01 ∼ IT 4	IT 5 ∼ IT 9	IT 10 ∼ IT 18

<표 L2-2>

2. 기초가 되는 치수 허용차 그림 L2-1 (가)와 같이 구멍의 치수가 Ø48이고 IT 등급이 7이라면 위의 표 L2-1에서 기준 치수 30초과 50이하, IT 7등급에 해당된다. 따라서 이 구멍의 공차는 25μm(0.025mm)이다. 그렇다면 이 구멍의 최대 허용 치수와 최소 허용 치수는 얼마일까? 이것만으로는 알 수 없다. 왜냐하면 0.025는 치수 허용차가 아닌 공차이기 때문이다. 다시 말해서 ±0.025(위 치수 허용차 +0.025, 아래 치수 허용차 -0.025)를 의미하는 것이 아니다. 0.025는 위 치수 허용차에서 아래 치수 허용차를 뺀 값이다.(그림 L2-1-가) 그러므로 위 치수 허용차 또는 아래 치수 허용차 중 어느 하나의 값을 알아야 나머지 하나의 값을 구할 수 있다. 미지수가 두 개인 방정식(x-y=0.025)과 같다. 만일 아래 치수 허용차가 0이라면 위 치수 허용차는 +0.025가 된다.(+0.025-0=0.025) 위 치수 허용차와 아래 치수 허용차가 결정되었으므로 이 구멍의 최대 허용 치수는 Ø48.025, 최소 허용 치수는 Ø48.000이다.(그림 L2-1-나) 여기에서 계산의 기초가 된 아래 치수 허용차를 기초가 되는 치수 허용차라고 한다. 기초가 되는 치수 허용차(fundamental deviation)는 IT 등급과 함께 최대 허용 치수와 최소 허용 치수를 구할 때 기준이 되는 치수 허용차이며, 위 치수 허용차와 아래 치수 허용차 중 기준 치수에 가까운 것을 기초가 되는 치수 허용차로 한다.

<그림 L2-1>

3. 구멍과 축에 대한 표준 공차 등급 KS B 0008-2(치수공차 및 끼워맞춤 방식-제2부: 구멍 및 축의 공차 등급과 치수 허용차의 표)는 일반적으로 많이 사용되는 구멍과 축의 치수 허용차를 각각 28 등급으로 정의하고 다음 규칙에 따라 표시하도록 규정하고 있다. 구멍의 표준 공차 등급은 알파벳 대문자로 표시한다. 축의 표준 공차 등급은 알파벳 소문자로 표시한다. 알파벳 i, l, o, q, w, I, L, O, Q, W는 사용하지 않는다. 위 치수 허용차는 ES와 es로 표시한다. 아래 치수 허용차는 EI와 ei로 표시한다. 구멍의 표준 공차 등급 A∼H는 EI를 가지며, J∼ZC는 ES를 가진다. 축의 표준 공차 등급 a∼h는 es를 가지며, j∼zc는 ei를 가진다. 표준 공차 등급 JS(js)는 ES(es)와 EI(ei)를 모두 가지며, 그 값은 공차의 1/2이다. 예를 들어 기준 치수가 16, IT 등급이 7인 경우, 표 L2-1에서 공차가 0.018(18μm)이므로 ES(es)와 EI(ei)는 각각 +0.009, -0.009이다. 단, JS7(js7)∼JS11(js11)에서 공차가 μm 단위로 홀수인 경우에는 치수 허용차가 정수가 되도록 ±(공차-1)/2를 치수 허용차로 한다. 예를 들어 기준 치수가 16, IT 등급이 9인 경우, 공차가 43μm이므로 치수 허용차는 ±43/2=±21.5μm가 아닌 ±(43-1)/2=±21μm이다. 구멍과 축에 대한 표준 공차 등급은 구멍과 축을 분류하는 기준이 되기 때문에 구멍과 축의 종류로 설명되는 경우가 많다. 그림 L2-2는 구멍과 축에 대한 표준 공차 등급과 치수 허용차의 상대적인 크기를 나타낸 것이다.

<그림 L2-2>

그림 L2-2에서 구멍의 표준 공차 등급 B, H, ZC에 대하여 설명하면 표 L2-3과 같다.

등급	의미
B	EI를 가지고 있으며, 이 값은 양(+)의 값이다.(그림 L2-3-가) 이 값이 허용 한계 치수를 구할 때 기초가 되는 치수 허용차가 된다. ES = EI + 공차(IT 등급에 따라 결정됨)이며 양(+)의 값이다.(그림 L2-3-가) EI와 ES 모두 양(+)의 값이므로 최소 허용 치수와 최대 허용 치수 둘 다 기준 치수보다 크다.(그림 L2-3-가) 따라서 이 등급의 구멍은 실 치수가 기준 치수보다 항상 크게 가공된다.
H	EI를 가지고 있으며, 이 값은 0이다. 이 값이 허용 한계 치수를 구할 때 기초가 되는 치수 허용차가 된다. ES = EI + 공차(IT 등급에 따라 결정됨)이며 양(+)의 값이다. EI가 0이므로 최소 허용 치수가 기준 치수와 같고 최대 허용 치수는 기준 치수보다 크다. 따라서 이 등급의 구멍은 실 치수가 기준 치수와 같거나 크게 가공된다.
ZC	ES를 가지고 있으며, 이 값은 음(-)의 값이다. 이 값이 허용 한계 치수를 구할 때 기초가 되는 치수 허용차가 된다. EI = ES - 공차(IT 등급에 따라 결정됨)이며 음(-)의 값이다. ES와 EI 모두 음(-)의 값이므로 최대 허용 치수와 최소 허용 치수 둘 다 기준 치수보다 작다. 따라서 이 등급의 구멍은 실 치수가 기준 치수보다 항상 작게 가공된다.

<표 L2-3>

<그림 L2-3>

표 L2-4는 축의 표준 공차 등급 d, h, u에 대하여 설명한 것이다.

등급	의미
d	es를 가지고 있으며, 이 값은 음(-)의 값이다.(그림 L2-3-나) 이 값이 허용 한계 치수를 구할 때 기초가 되는 치수 허용차가 된다. ei = es - 공차(IT 등급에 따라 결정됨)이며 음(-)의 값이다.(그림 L2-3-나) es와 ei 모두 음(-)의 값이므로 최대 허용 치수와 최소 허용 치수 둘 다 기준 치수보다 작다.(그림 L2-3-나) 따라서 이 등급의 축은 실 치수가 기준 치수보다 항상 작게 가공된다.
h	es를 가지고 있으며, 이 값은 0이다. 이 값이 허용 한계 치수를 구할 때 기초가 되는 치수 허용차가 된다. ei = es - 공차(IT 등급에 따라 결정됨)이며 음(-)의 값이다. es가 0이므로 최대 허용 치수가 기준 치수와 같고 최소 허용 치수는 기준 치수보다 작다. 따라서 이 등급의 축은 실 치수가 기준 치수와 같거나 작게 가공된다.
u	ei를 가지고 있으며, 이 값은 양(+)의 값이다. 이 값이 허용 한계 치수를 구할 때 기초가 되는 치수 허용차가 된다. es = ei + 공차(IT 등급에 따라 결정됨)이며 양(+)의 값이다. ei와 es 모두 양(+)의 값이므로 최소 허용 치수와 최대 허용 치수 둘 다 기준 치수보다 크다. 따라서 이 등급의 축은 실 치수가 기준 치수보다 항상 크게 가공된다.

<표 L2-4>

4. 끼워맞춤의 종류 끼워맞춤에서 사용하는 틈새와 죔새는 다음과 같이 정의한다. 틈새(clearance): 축이 구멍보다 작을 때 생기는 치수 차(틈)이다. 죔새(interference): 축이 구멍보다 클 때 생기는 치수 차(간섭)이다. 끼워맞춤을 끼워맞춤 방식에 따라 분류하면 다음과 같다. 구멍 기준 끼워맞춤(basic hole fit): 기초가 되는 치수 허용차 EI가 0인 H 등급의 구멍을 기준으로 이에 적당한 축을 선정하여 죔새나 틈새를 얻는 방식이다. 일반적으로 이 방식을 많이 사용한다. 축 기준 끼워맞춤(basic shaft fit): 기초가 되는 치수 허용차 es가 0인 h 등급의 축을 기준으로 이에 적당한 구멍을 선정하여 죔새나 틈새를 얻는 방식이다. 표 L2-5는 상용하는 구멍 기준 끼워맞춤(preferred tolerance for holes)이고, 표 L2-6은 상용하는 축 기준 끼워맞춤(preferred tolerance for shafts)이다. 상용하는 끼워맞춤은 일반적으로 많이 사용하는 끼워맞춤을 모아 규정한 것이다. 끼워맞춤을 끼워맞춤 상태에 따라 분류하면 다음과 같다. 헐거운 끼워맞춤(clearance fit): 구멍의 최소 허용 치수가 축의 최대 허용 치수보다 큰 경우, 쉽게 말해서 구멍이 축보다 큰 경우이다. 따라서 항상 틈새가 생긴다. 억지 끼워맞춤(interference fit): 구멍의 최대 허용 치수가 축의 최소 허용 치수보다 작은 경우, 즉 구멍이 축보다 작은 경우이다. 항상 죔새가 생긴다. 중간 끼워맞춤(transition fit): 축, 구멍의 치수에 따라 틈새 또는 죔새가 생기는 끼워맞춤이다.

구멍

축의 공차 등급

헐거운 끼워맞춤

중간 끼워맞춤

억지 끼워맞춤

H6

g5

h5

js5

k5

m5

f6

g6

h6

js6

k6

m6

n6

p6

H7

f6

g6

h6

js6

k6

m6

n6

p6

r6

s6

t6

u6

x6

e7

f7

h7

js7

H8

f7

h7

e8

f8

h8

d9

e9

H9

d8

e8

h8

c9

d9

e9

h9

H10

b9

c9

d9

<표 L2-5>

축

구멍의 공차 등급

헐거운 끼워맞춤

중간 끼워맞춤

억지 끼워맞춤

h5

H6

JS6

K6

M6

N6

P6

h6

F6

G6

H6

JS6

K6

M6

N6

P6

F7

G7

H6

JS7

K7

M7

N7

P7

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

<표 L2-6>