수당(엔지니어링)

공학적 및 가공에서 허용오차는 정확한 치수와 공칭 또는 이론적 치수 사이의 계획 편차 또는 중간 단계 치수와 의도된 최종 치수 사이의 계획 편차다. 단일화된 추상적 개념은 일정량의 차이가 어떤 알려진 보상이나 간섭 요소를 허용한다는 것이다. 예를 들어, 과도한 금속 영역은 후속 가공을 완료하기 위해 필요하기 때문에 남겨질 수 있다. 일반적인 사례는 다음과 같다. 이상으로부터의 계획적 편차인 허용오차는 기대되지만 계획되지 않은 편차를 설명하는 허용오차와 대비된다.

허용량은 기본적으로 함께 작동하는 구성 요소 간의 크기 차이다. 조립된 부품 간의 허용량은 매우 중요하다. 예를 들어, 자동차의 차축은 베어링으로 지지되어야 한다. 그렇지 않으면 차축이 땅에 떨어질 것이다. 차축과 베어링 사이에 틈이 없다면 마찰이 심할 것이고 차를 움직이기가 어려울 것이다. 만약 틈이 너무 많다면 차축은 베어링 안에서 이리저리 뛰어다닐 것이다. 차축과 베어링 사이의 허용 오차를 정확하게 조정하지 않고 차축이 부드럽고 쉽게 회전할 수 있도록 하는 것이 중요하다.

엔지니어링 및 가공 수당의 예

• 외부 치수(예: 막대 길이)는 의도적으로 지나치게 큰 크기로 절단하거나 내부 치수(홀 직경 등)를 의도적으로 낮게 절단하여 향후 절단, 연삭 또는 열 재생 작업에 따른 예측 가능한 치수 변화를 허용할 수 있다. 예를 들면 다음과 같다.
  • 핀의 외경은 0.0005인치(0.013mm)의 과도한 크기로 접지될 수 있다. 왜냐하면 핀의 후속 열 방출로 인해 핀이 0.013mm(0.0005인치)만큼 수축될 것으로 알려져 있기 때문이다.
  • 0.012인치(0.30mm) 이하의 크기의 구멍을 뚫어서 후속 재생에 의해 제거될 재료를 사용할 수 있다.
• 외부 치수(철도차 차축의 직경 등)는 의도적으로 지나치게 큰 크기로 절단하거나, 내부 치수(철도차 휠 허브의 직경 등)는 간섭 적합(압력 적합)을 위해 의도적으로 작은 크기로 절단할 수 있다.
• 부품은 나중에 표면을 기계화하고자 할 때 의도적으로 너무 크게 주조될 수 있다. 이를 통해 주조 공정에서 이탈하는 거칠기를 제거하고 매끄러운 가공면을 제작할 수 있다. 이 가공 허용량은 예를 들어 1mm일 수 있지만 부품의 크기와 주조 공정의 정확도에 따라 달라진다.
• 체인 부분은 그 유용한 서비스 수명(약 20년)이 끝날 때 부식된 체인이 여전히 최소 파괴 강도를 만족하는 데 필요한 최소 직경을 초과하도록 지나치게 커질 수 있다. 이를 부식 여유라고 하며 산화, 침식, 마모 등으로 유실된 강철 분자와 미생물이 부식에 영향을 미친 것을 설명한다.

허용오차 및 허용오차 공학적 개념 혼동

종종 허용치와 허용오차라는 용어가 부정확하게 사용되고 공학적 맥락에서 부적절하게 상호 교환된다. 이는 두 단어 모두 일반적으로 허가의 추상적 개념, 즉 허용 가능한 것에 대한 한도와 관련될 수 있기 때문에 논리적이다. 그러나 공학에서는 아래와 같이 별개의 의미가 시행된다.

공차는 공칭 또는 이론적 차원에서의 의도하지 않은 편차의 계획된 한계다. 따라서 상하의 한 쌍의 허용오차는 여전히 허용 가능한 상태에서 실제 치수가 떨어질 수 있는 범위를 정의한다.

이와는 대조적으로 허용오차는 공칭 또는 이론적 차원에서 계획된 편차다.

예

공차 개념의 예로는 기계의 샤프트가 정확히 10 mm 직경이 되도록 되어 있다. 10 mm는 공칭 치수다. 기계를 설계하는 엔지니어는 실제로 최종 직경을 생산하는 연삭 작업이 어떤 작지만 피할 수 없는 양의 무작위 오류를 발생시킬 수 있다는 것을 알고 있다. 따라서 엔지니어는 ±0.01 mm(+ 또는 최소 0.01 mm)의 허용오차를 지정한다.

그라인딩 기계 조작자가 9.99 mm에서 10.01 mm 사이의 실제 직경의 샤프트를 생산할 수 있는 한, 샤프트는 허용된다. 프로세스에서 얼마나 많은 오류가 예측 가능하고 얼마나 많은 오류를 쉽게 피할 수 있는지, 얼마나 피할 수 없는지를 이해하는 것(또는 회피가 가능하지만 정당화하기에 너무 비용이 많이 드는 사람), 그리고 얼마나 많은 것이 진정으로 받아들일 수 있는가를 이해하는 것은 상당한 판단, 지적 능력 및 경험을 포함한다.

허용오차 개념의 예는 이 축이 들어가야 하는 구멍과 관련하여 보여질 수 있다. 위의 샤프트도 같은 공차를 가지고 10 mm의 구멍에 자유롭게 들어갈 수 없다는 것은 명백하다. 실제 샤프트 직경이 9.99mm이고 실제 구멍 직경이 10.01mm인 경우 그럴 수 있지만 반대로 실제 샤프트 직경이 10.01mm이고 실제 구멍 직경이 9.99mm인 경우에는 그렇지 않다.

허용오차를 고려하여 샤프트와 샤프트 구멍 사이에 충분한 간격이 있는지 확인하기 위해 지정된 치수에 허용오차를 의도적으로 도입한다. 구멍 직경은 제조 공차가 ±0.01mm("+ 또는 최소" 0.01mm)인 10.03mm로 지정할 수 있다. 즉, 허용 가능한 가장 작은 구멍 직경이 10.02mm이고 허용 가능한 가장 큰 축 직경이 10.01mm이므로 "허용도" 0.01mm가 된다. 그런 다음 구멍과 축 사이의 최소 간극은 0.01mm가 될 것이다. 이는 샤프트와 홀이 모두 최대 재료 상태에 있을 때 발생한다.

참조