조립 공차 스택업 분석(Assembly Tolerance Stack-up Analysis)이란?
조립 공차 스택업 분석이란, 각 구성 부품의 공차 값을 모두 알고 있을 때 전체 조립체의 공차 값 또는 조립체 내 특정 간격(Gap)의 공차를 구하는 기법을 의미합니다.
조립 공차 체인 스택업 분석은 여러 가지 방법으로 수행할 수 있으며, 그중 가장 간단하고 널리 사용되는 방식이 바로 최악의 경우 방법(Worst Case Method)입니다. 이번 글에서는 이 방법을 실제 예시를 통해 단계별로 살펴보겠습니다.
최악의 경우(Worst Case) 방법에 의한 공차 스택업 계산
아래 그림과 같이 네 개의 판(Sheet)을 겹쳐 만든 조립체가 있다고 가정해 보겠습니다.
위 그림에는 네 개 판 각각의 두께와 공차가 표시되어 있습니다. 이제 목표 치수 "X"와 그 공차 값을 아래 절차에 따라 계산해 보겠습니다.
1단계: 하한 규격 한계(LSL) 계산
먼저 각 판의 하한 규격 한계(Lower Specification Limit, LSL) 크기를 다음과 같이 구합니다.
SHEET-1: LSL = 25 - 0.4 = 24.6 SHEET-2: LSL = 12 - 0.3 = 11.7 SHEET-3: LSL = 12 - 0.3 = 11.7 SHEET-4: LSL = 12 - 0.5 = 11.5
모든 판의 LSL 두께 값을 더하면, 전체 조립체의 LSL 두께를 얻을 수 있습니다.
TL = 24.6 + 11.7 + 11.7 + 11.5 = 59.5
2단계: 상한 규격 한계(USL) 계산
다음으로 각 판의 상한 규격 한계(Upper Specification Limit, USL) 크기를 계산합니다.
SHEET-1: USL = 25 + 0.4 = 25.4 SHEET-2: USL = 12 + 0.3 = 12.3 SHEET-3: USL = 12 + 0.3 = 12.3 SHEET-4: USL = 12 + 0.5 = 12.5
모든 판의 USL 두께 값을 더하면, 전체 조립체의 USL을 구할 수 있습니다.
TU = 25.4 + 12.3 + 12.3 + 12.5 = 62.5
3단계: 전체 조립체 공차 산출
전체 조립체의 공차는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.
± (TU - TL) / 2 = ± (62.5 - 59.5) / 2 = ± 1.5
4단계: 공칭 두께(Nominal Thickness) 계산
마지막으로, 모든 판의 공칭 두께 치수를 더하여 전체 조립체의 공칭 두께 값을 구합니다.
TN = 25 + 12 + 12 + 12 = 61
정리
최악의 경우 방법은 모든 부품이 동시에 규격 한계에 도달하는 상황을 가정하기 때문에 매우 보수적이고 안전한 결과를 제공합니다. 따라서 안전성이 중요한 설계나 간단한 조립체 해석에 적합하지만, 부품 수가 많아질수록 허용 공차가 지나치게 작아질 수 있다는 점을 유의해야 합니다.