공차가 쌓이면 조립이 안 된다 — Tolerance Stackup 실전 계산

최악값법(Worst Case)과 RSS법 비교, 공차 누적 계산 예시, 설계 여유 확보법

"각 부품은 모두 공차 내에 있는데, 왜 조립이 안 되는 거죠?" 이 질문이 나왔다면 공차 누적(Tolerance Stackup)을 고려하지 않은 것입니다. 개별 부품의 공차가 모두 같은 방향으로 쌓이면, 최악의 경우 전체 오차는 개별 오차의 합이 됩니다.

1. 최악값법(Worst Case Method)

가장 보수적인 방법입니다. 모든 공차가 최악의 방향으로 누적된다고 가정합니다.

  • 총 누적 공차 = Σ(개별 공차의 절댓값)
  • 예시: 부품 5개가 직렬 조립, 각각 ±0.05mm 공차 → 총 누적 공차 = ±0.25mm
  • 장점: 100% 조립 보장
  • 단점: 공차가 너무 엄격해져 가공비 급등. 실제로 모든 공차가 동시에 최악이 될 확률은 극히 낮습니다.

2. RSS법(Root Sum Square, 통계적 방법)

각 공차가 정규 분포를 따른다고 가정하는 통계적 방법입니다.

  • 총 누적 공차 = √(t₁² + t₂² + t₃² + … + tₙ²)
  • 예시: 위와 동일 5개 × ±0.05mm → √(5 × 0.05²) = ±0.112mm (최악값의 약 45%)
  • 장점: 현실적인 공차 설정, 가공비 절감 가능
  • 단점: 통계적으로 0.27% 불량 가능성(3σ 기준). 안전·의료 분야에는 최악값법 권장.

3. 설계 여유(Design Gap) 확보 전략

  • 조립 방향을 줄여라: 부품 수를 줄이는 것이 가장 확실합니다. 5개 부품을 3개로 통합하면 누적량도 줄어듭니다.
  • 기준면을 공유하라: 모든 부품이 동일한 기준면을 사용하면 누적이 최소화됩니다.
  • 조정 기구(Shim, Adjustment): 마지막 단계에 심(Shim)이나 조정 나사를 두어 누적 오차를 보정합니다.
  • 핵심 치수에만 엄격한 공차 적용: 모든 치수에 ±0.05를 주지 말고, 실제로 기능에 영향을 주는 치수에만 엄격한 공차를 지정하세요.
💡 사수의 한마디
"공차표가 들어간 도면을 받으면 가장 먼저 하는 일이 공차 누적 계산입니다. 어셈블리 도면에서 '최소 간극'이 얼마인지 반드시 체크하세요. 최소 간극이 마이너스(-)라면, 그 조립은 현실에서 불가능합니다."
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