실전 CAD 작도법 1 : 동력전달장치 축(Shaft) 설계 분석

 

실전 CAD 작도법 1 : 동력전달장치 축(Shaft) 설계 분석




동력전달장치의 핵심 부품인 '축' 도면을 통해 실무에서 끼워맞춤 공차, 기하 공차, 그리고 표면 거칠기가 어떻게 적용되는지 분석해 봅니다. 

Analyzing a shaft drawing of a power transmission device to see how fits, GD&T, and surface roughness are applied in practical design.




1. 끼워맞춤 공차의 적용 (Applied Fits)

이 도면에서 가장 눈여겨봐야 할 부분은 베어링과 기어(또는 풀리)가 조립되는 부위의 공차입니다.

  • Ø30k5 & Ø25k5: 베어링이 조립되는 구간입니다. 일반적으로 베어링 내륜과 축의 조립에는 k5나 m6 같은 헐거운 끼워맞춤과 억지 끼워맞춤 사이의 정밀 공차를 사용하여 회전 시 진동을 방지합니다.

  • 키 홈(Keyway) 공차 (10N9, 8N9): 동력을 전달하는 키가 삽입되는 홈입니다. N9 공차를 사용하여 키가 홈에 단단히 고정되도록 설계되었습니다.

2. 기하 공차(GD&T) 분석 (Geometric Tolerances)

축의 회전 정밀도를 결정짓는 기하 공차가 명확하게 설정되어 있습니다.

  • 데이터(Datum) A: 축의 우측 센터를 기준으로 설정하여 전체적인 측정의 기준점을 잡았습니다.

  • 원주 흔들림 (Runout, ↗ 0.009 A): 베어링이 조립되는 면에 적용되었습니다. 축이 1회전 할 때 표면의 오차를 0.009mm 이내로 관리하여 고속 회전 시의 소음과 진동을 최소화하겠다는 설계 의도가 보입니다.

3. 표면 거칠기 전략 (Surface Roughness Strategy)

가공 비용과 성능을 동시에 고려한 거칠기 배치가 돋보입니다.

  • 전체 거칠기 (x): 일반적인 다듬질 가공 부위입니다.

  • 부분 거칠기 (y): 베어링 접촉부와 실(Seal)이 닿는 부위 등 마찰이 잦은 곳은 연삭 가공 수준의 매끄러운 표면(y)을 지시하여 부품의 수명을 늘렸습니다.

4. 설계 포인트: 오일실(Oil Seal)과 나사부

  • M20 나사부: 축 끝단에서 부품을 고정하기 위한 나사가 가공되어 있으며, 나사 빠짐 홈(Relief) 처리가 되어 있어 조립성을 높였습니다.

  • 단차(Step) 설계: 부품의 위치를 고정하기 위해 단차를 두었으며, 응력 집중을 방지하기 위한 라운드 처리가 필요한 구간입니다.

This shaft drawing effectively demonstrates the balance between precision and manufacturability. By using k5 fits for bearing seats and Runout tolerances (0.009mm), it ensures high rotational accuracy. The strategic use of 'y' surface finish on contact areas minimizes friction while keeping overall costs down by applying 'x' finish elsewhere.

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