🧭 1. 동기유발
방산제품은 최첨단 기술이 집약된 정밀 기계입니다. 그 속에는 수백 개의 부품이 유기적으로 조립되어 하나의 시스템을 이루고 있습니다. 예를 들어, 자주포의 포신을 움직이는 동력전달 장치나, 미사일 유도기의 회전자 내부 구조를 보면, 각각의 부품들이 정밀하게 설계되고 체결되어야만 오차 없이 작동함을 알 수 있습니다.
하지만 이러한 방산부품들은 대부분 외부에 노출되지 않아 구조나 작동 원리를 직접 확인하기 어렵습니다. 그렇기에 설계자의 입장에서는 분해도와 조립도를 통해 부품의 기능을 정확히 파악하고, 기계요소 간의 체결 구조를 이해하며, 부품 간 간섭 없이 조립 가능한 설계 능력을 키우는 것이 매우 중요합니다.
본 단원에서는 축, 베어링, 키, 볼트 등 주요 기계요소의 체결 구조, 방산부품의 분해도 및 조립도 작성법, 그리고 부품 간 체결 설계와 오차 고려에 대해 심층적으로 학습하고 실습합니다.
🎯 2. 학습목표
학습자는 다음과 같은 능력을 기르기 위한 학습을 수행합니다
| 주요 방산부품의 구조와 기능을 이해할 수 있다. | |
| 기계요소(축, 베어링, 키 등)의 체결 구조를 설계할 수 있다. | |
| 부품 분해도 및 조립도를 작성하고 해석할 수 있다. | |
| 실제 방산장비를 사례로 분해·조립 설계를 모의 실습할 수 있다. |
🔹 질문 1.
💬 여러분은 일상 속에서 접할 수 있는 기계 제품(예: 전동드릴, 자전거, 노트북 등)을 분해해본 적이 있나요?
그 과정에서 느낀 가장 큰 어려움은 무엇이었나요?
💬 유도: "나사 위치를 모르겠다", "부품이 헷갈려서 조립 순서를 몰랐다", "내가 분해한 순서를 기억하기 어려웠다" 등
🔹 질문 2.
모든 부품이 정해진 위치에 정확히 들어맞아야만 제대로 작동하는 기계에서,
조금이라도 잘못된 결합이 생기면 어떤 문제가 발생할 수 있을까요?
💬 유도: "마찰이 커져서 망가진다", "회전이 멈춘다", "진동이 커진다", "오작동하거나 안전 문제가 생긴다" 등
🔹 질문 3.
방산장비의 부품을 조립할 때, 분해도와 조립도가 없다면 어떤 문제가 발생할까요?
💬 유도: "부품 위치를 모르겠다", "조립 순서를 착각할 수 있다", "중복 조립되거나 부품이 누락될 수 있다" 등
🔹 질문 4.
여러분이 설계자가 되어 방산장비의 부품을 설계한다고 했을 때,
‘조립하기 쉬운 구조’와 ‘튼튼한 체결’ 중 어느 쪽을 더 우선시하겠습니까? 왜 그렇게 생각하나요?
💬 유도: 토의 가능성 있는 개방형 질문. 설계의 균형 개념으로 이어지기 좋음.
🔹 질문 5.
CAD 도면만 보고 어떤 부품이 어디에, 어떻게 연결되어야 하는지 정확히 알 수 있을까요?
그렇다면 분해도와 조립도는 어떤 면에서 더 도움이 될까요?
💬 유도: 공간지각 능력, 조립 순서 시각화, 작업자 간 협업 등 언급
📖 3. 주요 이론 및 사례 중심
✦ 1절. 방위산업에서 기계요소의 역할
● 서술형 개요:
현대 방위산업은 단순한 병기 제작을 넘어 고도의 정밀기계와 전자, 소프트웨어 기술이 융합된 시스템 산업으로 진화하고 있습니다. 이 가운데에서도 기계 부품은 무기체계의 구조적 기반과 에너지 전달, 운동 제어, 하중 지지라는 핵심 기능을 담당하고 있으며, 전체 시스템의 신뢰성과 정밀도, 생존성 확보에 결정적인 영향을 미칩니다.
방산 기계요소는 민간 제품보다 훨씬 **혹독한 환경(진동, 충격, 온도 변화, 전자기 방해)**을 견디도록 설계되어야 하며, 공차, 내구성, 소재 특성, 체결 안정성이 생존성과 직결되기 때문에 고도의 설계 정밀도와 분석 능력이 요구됩니다.
이 단원에서는 실제 방위산업체에서 사용되는 주요 기계요소의 기능과 구조를 상세히 학습하고, 이를 분해도 및 조립도 설계에 어떻게 반영할 수 있는지 구체적으로 살펴봅니다.
✦ 2절. 주요 기계요소별 기능 및 구조 해석
▣ 2-1. 축(Shaft)의 종류 및 적용 사례
축은 회전체의 중심선 역할을 하며, 동력을 전달하고 회전 운동을 지지하는 가장 기본적인 기계요소입니다. 방산 부품에서는 회전체의 정확한 중심 유지를 통해 센서 안정성, 발사체 정렬, 회전부 추력 제어 등에서 핵심 기능을 합니다.
▶ 축의 주요 기능:
- 회전 부품(기어, 풀리, 프로펠러 등) 지지
- 회전력 및 토크 전달
- 기계 내구성과 진동 안정성 확보
▶ 방산 적용 예시:
- LIG넥스원 유도무기 회전 안정축: 탄체 비행 중의 회전을 안정화
- 한화에어로스페이스 항공기 엔진축: 고속 회전 시 토크 전달 및 축 중심 정렬 유지
- ADD 개발 함포 회전 구동축: 고속 회전 후 급정지 기능 포함
▶ 축의 종류:
- 전동축: 동력 전달이 주목적 (예: 유도체 추진부)
- 차축: 하중 지지가 주목적 (예: 장갑차 트랙 지지)
- 크랭크축: 직선운동 ↔ 회전운동 변환용
▶ 축 설계 시 고려 요소:
- 재질: SCM440, Ti 합금 등 고강도·내마모성 요구
- 허용 응력 분석: 굽힘, 비틀림 하중에 대한 FEM 검토
- 정렬 정밀도: μm 단위 공차 유지 필요
▣ 2-2. 베어링(Bearing)의 종류, 구조, 유지관리
베어링은 회전 부품과 고정 부품 사이의 마찰을 줄이고, 부드러운 회전 및 하중 지지를 돕는 요소입니다. 방산 제품에서 베어링은 고속 회전, 무소음 구동, 진동 억제 등의 성능을 보장해야 하므로, 일반 산업용보다 고정밀도, 밀폐성, 수명 신뢰성이 강화되어야 합니다.
▶ 주요 기능:
- 회전 또는 선형 운동에서 마찰 감소
- 축 방향 및 반경 방향 하중 지지
- 고온·고속 조건에서의 안정적 구동 보장
▶ 방산 적용 예시:
- K9 자주포 구동 모터 베어링
- 전차 포신 제어 회전부 베어링
- 위성용 진공 베어링: 극저온, 무윤활 조건에서도 작동
▶ 종류별 특성:
| 볼 베어링 | 강구를 이용한 회전 지지 | 고속 회전, 저하중 |
| 롤러 베어링 | 실린더형 롤러로 하중 분산 | 고하중 지지 |
| 슬리브 베어링 | 금속 슬리브 삽입 | 저속, 고내구성 |
| 자기 베어링 | 비접촉 회전 유지 | 고속/무소음 적용 |
▶ 설계 및 관리 포인트:
- 윤활 방식: 그리스, 오일 또는 무윤활
- 실링 구조: 먼지 및 수분 침투 차단 설계
- 수명 예측: L10 수명 기준, 반복 피로 하중 분석
- 베어링 하우징 정밀도: 10μm 이내 권장
▣ 2-3. 키(Key), 스플라인(Spline) 설계의 중요성
키와 스플라인은 축과 기계부품 간의 회전력 전달을 위한 체결 요소입니다. 방산에서는 높은 진동과 반복 충격에도 회전이 미끄러지지 않아야 하며, 정밀한 위치 고정 및 토크 전달이 요구됩니다.
▶ 주요 특징:
- 키(Key): 키홈(keyway)을 통해 회전 부품과 축을 정렬
- 스플라인(Spline): 다수의 키와 홈으로 강한 회전력 전달
▶ 적용 사례:
- 유도무기 내 관성 센서 지지 부품
- 항공기 고정장치 회전 결합부
- 자주포 포신 상하 운동장치 결합축
▶ 설계 유의점:
- 간극 공차: 너무 크면 헛돌고, 너무 작으면 조립 어려움
- 피로파괴 고려: 반복 충격 시 키 끝단에서 균열 발생 가능
- 정밀 가공: EDM 또는 브로칭 가공 방식 사용
▣ 2-4. 체결요소(볼트, 너트, 핀, 리벳)의 구조와 공차
기계의 분해 및 조립, 구조 고정에 사용되는 체결요소는 가장 기본적인 기계요소이지만, 방산에서는 체결력, 풀림 방지, 반복 유지보수 용이성 등이 더욱 중요하게 요구됩니다.
▶ 체결 방식 분류:
- 나사 체결: 볼트-너트, 나사산
- 핀 체결: 평핀, 테이퍼핀
- 리벳 체결: 영구 결합용
- 용접 대체형 체결: 모듈화 구조로 분해 가능성 유지
▶ 방산 적용 시 요구사항:
- 진동 방지: 이중 너트, 로크와셔 사용
- 재질 강도: 인장강도 1,000MPa 이상 볼트 사용
- 토크 관리: 토크렌치 사용, 작업기록 유지
- 방수/방진 기능: 실링 와셔 사용
▶ MIL 규격 예시:
- MIL-S-7742: 나사산 규격
- MIL-DTL-1222: 고강도 체결 부품 규격
✦ 2-5. 기타 기계요소의 기능과 방산 적용 설계
방산제품은 혹독한 환경에서도 완전한 기계적 성능을 유지해야 하기 때문에, 일반 산업용 제품에서는 간과되는 부품의 미세한 동작 특성이나 내구성이 설계에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 이번 절에서는 스프링(Spring), 커플링(Coupling), 실링(Sealing), 댐퍼(Damper) 등의 중요 기계요소를 중심으로 그 기능, 설계요건, 실제 방산 사례 등을 종합적으로 살펴봅니다.
▣ 2-5-1. 스프링(Spring)의 구조와 방산 기능
스프링은 압축력, 인장력, 비틀림 등의 외력을 저장하고 이를 제어된 방식으로 방출하여 기계에 운동성과 복원력을 부여하는 요소입니다. 방산 분야에서는 특히 충격 흡수, 복귀 작동, 하중 조절, 발사 에너지 저장의 목적으로 널리 사용됩니다.
▶ 스프링의 기능:
- 탄성력 저장 및 방출
- 에너지 완충 및 충격 흡수
- 구조 복귀 기능 제공
- 반복 작동 시 내구성 유지
▶ 방산 적용 사례:
- 소총 트리거 복귀용 코일 스프링
- K2전차 도어 완충기 압축 스프링
- 함포의 발사완충/반동완화용 토션 스프링
- 공중투하형 무기 자동기폭장치 스프링
▶ 설계 고려 사항:
- 피로 수명: 1백만 회 이상 작동을 위한 형상 최적화
- 재료 선정: SiCr강, Inconel, 티타늄 합금 등 고온·고응력 대응
- 공차 관리: 자유길이 ±0.2mm, 와이어 직경 ±0.05mm
- Shot Peening, 열처리, 표면 코팅 필수
▣ 2-5-2. 커플링(Coupling)의 유형과 방산 적용
커플링은 두 축을 연결하여 동력이나 회전 운동을 전달하면서 미세한 편심, 진동, 충격 등을 흡수해 시스템의 안정성을 유지하는 요소입니다. 방위산업 장비는 고속·고하중 회전이 많기 때문에 커플링의 정밀도와 내구성은 생존성에 영향을 줍니다.
▶ 커플링 기능:
- 동력 전달 시 정렬 오차 보정
- 진동 및 충격 흡수
- 분리 및 유지보수가 용이한 구조 제공
▶ 방산 적용 사례:
- 유도탄 전기모터-회전체 연결부 커플링
- 방공레이더 회전구동부 플렉시블 커플링
- 해상 음향장비 회전감쇠용 커플링
▶ 커플링 종류:
| 고무 커플링 | 진동흡수에 탁월 | 해상 감시장비 |
| 플렉시블 커플링 | 편심 흡수에 우수 | 레이더 회전기 |
| 리지드 커플링 | 정밀 정렬 요구 | 항공기 정밀축 |
| 디스크 커플링 | 고속·무백래시 회전 | 무인기 추진장치 |
▣ 2-5-3. 실링(Sealing) 기술: 기밀성과 생존성의 열쇠
실링 요소는 기계 내부를 외부 환경으로부터 차단하거나 내부 압력·유체가 누출되지 않도록 하는 부품입니다. 방산에서는 실링 실패가 곧 시스템 고장을 의미하기 때문에, 기밀성, 내압성, 내환경성이 극도로 중요합니다.
▶ 실링 기능:
- 유체 누출 방지
- 기체 압력 유지
- 먼지, 수분, 화학물 침투 차단
- 내부 회로 및 전자기기 보호
▶ 방산 적용 사례:
- 잠수함용 하우징 고무 O-Ring 실링
- 미사일 발사제어부 고온실링 패킹
- 방탄헬멧 통신장비 밀폐 실링재
- 레이다 안테나 회전부 씰링
▶ 설계 고려 요소:
- 재질 선택: EPDM, FKM, PTFE 등
- 압력 범위: 최대 100 bar 이상 대응
- 사용 온도: –50℃ ~ +200℃
- 장기 내환경성: 자외선, 해수, 오일, 먼지 등
▣ 2-5-4. 감쇠기(Damper)의 적용과 구조
감쇠기는 운동이나 진동 에너지를 열에너지로 흡수하여 시스템을 안정화시키는 부품으로, 소음·충격·진동을 제어하는 데 필수적입니다.
▶ 주요 기능:
- 진동 저감 및 안정성 향상
- 회전 및 선형 운동의 부드러운 정지 유도
- 구조 파손 방지 및 내구성 연장
▶ 방산 적용 사례:
- 자주포 포신 반동 감쇠기
- 무인기 착륙 시 충격완충 장치
- 함정 진동 감쇠용 유압 댐퍼
- 군용 드론 회전날개 회전 감쇠기
▶ 설계 포인트:
- 감쇠계수(Damping Coefficient) 최적화
- 유압식, 공압식, 비접촉식 감쇠방식 선택
- 반복 충격 내구성: 10만 회 이상 보증
- 정밀 제어용 센서 내장 감쇠기 활용
✦ 3절. 분해도 및 조립도의 구조 해석 원리
❖ 동기유발
기계 설계의 핵심은 단순히 개별 부품을 이해하는 것을 넘어서, 그것들이 조립될 때 어떻게 상호작용하고 전체 시스템에서 어떤 역할을 수행하는지를 파악하는 데 있습니다. 실제로 방위산업 현장에서는 한 개의 오차나 오해가 시스템 전체의 성능 저하 또는 작동 실패로 이어질 수 있습니다.
예를 들어, K9 자주포의 반동 흡수 장치의 분해도가 정확히 해석되지 않으면, 정비나 부품 교체 시 기밀성이 저하되어 사격 안정성이 떨어질 수 있습니다. 따라서 정밀한 분해도(Exploded View) 와 조립도(Assembly Drawing) 의 해석 능력은 방산 설계 및 유지보수 인력에게 필수적인 역량입니다.
▣ 3-1. 분해도(Exploded View)의 구조와 역할
▶ 정의
분해도란 조립되어 있는 복잡한 기계 부품을 분해하여 각 요소를 공간적으로 배치한 도면으로, 각 부품의 위치, 체결 방식, 방향성을 명확히 이해하도록 돕는 시각 자료입니다.
▶ 목적
- 각 부품의 상대적 위치 관계를 파악
- 조립 순서 및 방향을 시각적으로 이해
- 부품 명칭, 수량, 부품번호(BOM 연동) 확인
- 정비 및 유지보수 매뉴얼로 활용
▶ 도식 예시 설명
분해도는 일반적으로 아이소메트릭(isometric) 형태로 작성되며, 중심 축을 기준으로 선형적 또는 계단식 배열을 따릅니다.
- 부품 간 간격은 실제와 다르게 조정되며, 화살표 또는 중심선(centerline) 을 통해 조립 방향을 제시
- 부품 번호와 명칭 테이블(Bill of Materials, BOM) 이 함께 표시되어야 함
- 3D CAD 모델에서 Auto Exploded View 기능으로 자동 생성 가능
▶ 실제 방산 활용 사례
| K21 장갑차 | 기관총 트리거 어셈블리 분해도 | 체결 순서 및 재조립 시 정렬 기준 파악 |
| 해군 소나장치 | 회전체 씰링 유닛 분해도 | 정밀 부품 위치 파악 및 내압 설계 분석 |
| 유도무기 | 유도기판-센서 모듈 분해도 | 전자기 차폐층 구조 이해 |
▣ 3-2. 조립도(Assembly Drawing)의 개념과 해석법
▶ 정의
조립도란 모든 부품이 최종 조립된 상태를 나타내는 도면으로, 기계 시스템이 의도한 기능을 수행하기 위한 전체 구조와 조립 관계를 보여주는 문서입니다.
▶ 특징
- 실제 동작 상태를 그대로 보여줌
- 각 부품의 위치, 체결 방향, 조립부 기준점을 제시
- 부품 간 간섭/간극 여부 판단 가능
- 공차, 공정 기호가 적용된 최종 설계 도면
▶ 표현 기법
- 정투상도, 등각투상도, 단면도 등을 조합하여 복합적으로 제시
- 하위 어셈블리(서브어셈블리) 단위로 구분 가능
- 중요 체결부는 확대 단면도로 추가 설명
- 부품 이름/번호, 공차, 재질 명기 필수
▶ 조립도 해석 포인트
- 기준이 되는 기준면(Datum Plane) 확인
- 고정 부품과 가동 부품의 상대 관계 분석
- 공차와 간섭 여부, 체결 방향 확인
- 도면상 축 방향 정렬 및 정위치 확인
▣ 3-3. 분해도와 조립도의 상호 활용
| 용도 | 조립 순서 파악 | 완성 구조 해석 |
| 표현 | 아이소메트릭, 부품 분리 | 정투상도, 단면도 중심 |
| 특징 | 각 부품의 개별 위치 강조 | 전체 조립 상태 강조 |
| 예시 | 정비 매뉴얼, 부품 매칭표 | 기술 사양서, 설계 제출 도면 |
▣ 3-4. 방산현장 실무 적용 사례 분석
● 국방과학연구소 - 모듈형 무인기 추진장치 조립도
- 모듈 조립도를 기준으로 3개 주요 유닛(배터리 모듈, 구동 모터, 제어기)을 각각 도면화
- 고속 회전축에 대한 중심 정렬선 분석으로 진동 방지
- 중첩 체결구조의 분해도 통해 정비 편의성 확보
● LIG넥스원 - 해상 감시레이다 분해도/조립도 통합 문서
- 방수처리 실링 부품, 고주파 필터링부, 팬 냉각장치의 위치 관계를 색상별로 분리 표시
- 각 파트의 조립 위치좌표를 3D CAD 기반으로 명확히 지시
- 설계-제작-검수 3단계에서 모두 동일 도면 사용
❖ 확인문제
- 분해도의 목적과 역할을 설명하시오.
- 조립도 해석 시 기준면의 의미는 무엇이며 왜 중요한가?
- 조립도에는 보통 어떤 기호와 정보가 포함되는가?
- 방산현장에서 분해도와 조립도를 함께 활용하는 이유를 예를 들어 서술하시오.
- 분해도 작성 시 CAD 프로그램을 활용한 기본 순서를 서술하시오.
❖ 정답 및 해설
- 정답: 분해도는 각 부품의 위치와 조립 순서를 시각적으로 이해하도록 하며, 유지보수, 부품 구매, 정비 교육에 활용된다.
- 정답: 기준면은 모든 조립의 기준이 되는 평면으로, 축의 정렬이나 위치 기준으로 사용되며 정밀도 확보에 필수적이다.
- 정답 예시: 모델링 완료 → 기준 축 설정 → 부품 분해 → 중심선 삽입 → BOM 자동 삽입 → 도면 출력
❖ 시각자료 제안
- K2 전차 포신 체결부 분해도
- 모듈형 UAV 조립도(3D CAD 기반)
- 분해도와 조립도의 상호 비교 도식
- 학생용 도면 해석 워크시트 템플릿
- 도면 해석 오류 사례 인포그래픽
📍 제4절. 실제 방산부품 사례 분석
❖ 동기유발
“실제 부품을 직접 설계하거나 분해해보기 전에는 도면 해석이나 설계 원리를 온전히 이해할 수 없습니다.”
이 말은 방산 현장의 숙련 기술자들이 늘 강조하는 문장입니다. 이 절에서는 실제 방산무기체계에 적용된 대표 부품의 구조와 분해·조립 특성을 분석함으로써, 앞 절에서 학습한 이론을 실무 감각으로 확장합니다.
학습자는 아래와 같은 질문을 스스로 던지며 이 절을 학습해야 합니다.
- 이 부품은 왜 이런 구조를 가졌을까?
- 이 결합 방식이 최적화된 이유는 무엇인가?
- 도면을 보면 어떤 정렬 기준이 숨겨져 있을까?
- 이 조립 순서를 바꾸면 어떤 문제가 발생할까?
이제 우리는 설계자의 눈으로 각 부품을 해부하고, 조립자의 손으로 그것을 재구성할 준비를 시작합니다.
❖ 이론 및 사례 분석
▣ 사례 1. K9 자주포의 가스피스톤 체결 어셈블리
▶ 개요
K9 자주포의 주포에는 반동 흡수 및 가스 작동 방식의 연동 장치가 있으며, 이 중 가스 피스톤 어셈블리는 고온·고압 환경에서 반복 운동을 수행합니다.
▶ 주요 기계요소
- 가스피스톤 로드 (고강도 Cr-Mo 합금, 연삭 마감)
- 실린더 하우징 (이중 벽 구조, 내부 구리 라이닝)
- 베어링 슬리브 (내마모성 강화 복합소재)
- 플런저 체결부 (직선 운동부, 외나사-암나사 체결)
▶ 설계 및 조립 특징
- 직선 왕복 운동 유도를 위해 축 방향 정렬이 중요
- 플런저 삽입 시 윤활 유지와 마모 방지를 위한 유막 공간 확보
- 나사 체결 후 토크렌치로 일정 강도 고정, 진동 방지를 위한 핀 체결 이중 장치
▶ 도면 분석
- 분해도에서 피스톤과 슬리브의 중심축 일치 여부가 핵심
- 조립도에서 베어링 위치 확인, 측정공차 ±0.005mm 지정
- 윤활유 주입구 및 배출구 위치가 정확히 명시됨
▶ 설계적 고려사항
- 고온 내구성, 반복 사용에 대한 피로강도 확보
- 정비 시 비전문가도 방향성 실수 없이 조립 가능하도록 구성
- 표준화된 모듈형 교환 시스템으로 제작됨
▣ 사례 2. LIG넥스원의 열영상 조준기(FLIR) 렌즈 어셈블리
▶ 개요
전차 및 장갑차의 야간 사격을 위한 열영상 장비에 사용되는 조준기는 극도로 정밀한 광학계와 정렬 기술이 필요합니다.
▶ 구성요소
- 렌즈 하우징 (내충격 알루미늄 합금)
- 렌즈 장착링 (스냅핀 방식 고정)
- 초점 조절기어 (유성기어, 정밀 제어용)
- 적외선 센서 유닛 (백엔드 조립체)
▶ 도면 분석
- 단면조립도에서 렌즈 위치와 센서 간 간격 확인
- 광축 정렬에 ±0.01mm 공차 적용
- 열팽창 대비 슬리트 마운트(Slit Mount) 설계로 자가 보정 가능
▶ 조립 설계 특성
- 정렬 후 레이저 간섭계 검교정 필요
- 체결 후 접착제 + 리벳 혼합 방식으로 고정
- 유성기어의 작동각도 해석을 위한 부분 확대 조립도 제공
▶ 실무 적용
- 도면이 정비지침서에 직접 활용되며, 현장에서는 3D 분해도 시트로 제공
- 조립 불량 방지를 위한 색상 분류 부품 적용
▣ 사례 3. 한화에어로스페이스의 유도무기 추진부 실드 어셈블리
▶ 개요
공대지 미사일의 추진체는 연소실을 외부 전자파로부터 보호해야 하며, 이를 위해 전자기적 차폐용 실드 어셈블리가 사용됩니다.
▶ 핵심 부품
- 실드 케이싱 (전도성 알루미늄/티타늄 복합소재)
- 고주파 흡수재 (탄소계 나노필름)
- 체결 플랜지 (육각 볼트 + 스프링 와셔 조합)
- RF 통신 포트 접속부 (특수 캡슐 보호막)
▶ 설계 해석
- 분해도에는 캡슐형 접지 링의 설치 위치 명확히 표현
- 도면 상 토크 수치 및 도금 지시 포함
- 조립도에서 RF 포트와 접지링 간 임피던스 균형 해석 가능
▶ 조립 설계 포인트
- 간섭파 발생 최소화를 위해 1.2GHz 이상 차폐 성능 요구
- 고정 체결 후 진동시험을 거쳐야 함
- 분해 시 정전기 방전(E.S.D) 위험 방지 장치 필요
❖ 활동과제
- 위 사례 중 1개를 선택하여, 해당 조립도와 분해도를 설명하고 구조적 특성을 도식화해 보시오.
- 체결 방식의 종류(나사, 리벳, 접착 등)를 구분하고 각각의 장단점을 도식화하시오.
- 도면에서 오차 공차, 기준면, 축 정렬선, 체결 위치 등을 색상으로 분류하여 표시하시오.
- 동일한 구조를 가진 상용 부품 예시를 찾아 비교 분석하시오.
- 실제 부품을 CAD로 모델링 후 분해도를 작성하시오.
❖ 시각자료 제안
- K9 자주포 가스피스톤 어셈블리 분해도 (3D, 단면)
- 열영상 조준기 광축 조립도 예시
- 미사일 실드 어셈블리의 다층 구조 도식
- 체결 방식별 비교 인포그래픽 (나사/리벳/접착)
- 학습자용 CAD 도면 해석 마킹 시트
📍 제5절. 확인문제 심화 및 도면 해석 실습 자료
❖ 확인문제 심화 (서술형 중심)
● 1번. 다음 분해도는 모듈형 플런저 어셈블리의 일부이다.
① 도면상에서 축 방향의 체결 방식이 무엇인지 서술하시오.
② 피스톤과 실린더 간의 운동 방향과 정렬 기준을 설명하시오.
③ 이 어셈블리의 분해 순서를 최소 4단계 이상 서술하시오.
● 2번. 아래의 조립도는 열영상 조준기 렌즈 하우징을 나타낸 것이다.
① 광축 정렬의 기준면은 어디이며, 어떤 도면 기호로 표현되었는가?
② 초점 조절 기어의 공차는 몇 mm이며, 그 이유는 무엇인가?
③ 분해 시 주의해야 할 부품 또는 손상 위험이 큰 위치는 어디인가?
● 3번. RF 실드 어셈블리의 구조에서 ‘체결 플랜지’ 부품을 도면 기준으로 설명하시오.
① 체결 방식과 보조 체결 요소(예: 와셔, 핀 등)를 명시하시오.
② 나사산의 방향성과 토크 수치가 지정된 이유를 설명하시오.
③ 조립 순서를 위에서 아래로 서술하되, 공구 및 정렬 도구를 포함하여 설명하시오.
❖ 실습 과제형 확인문제
● 4번. 실제 CAD 도면을 기반으로 한 실습 과제
도면 파일: HANWHA_RF_SHEILD_v2.step
도면 구조: 분해도(단면 투시), 조립도(정렬선 포함)
과제:
- 도면의 중심축 기준으로 부품을 번호 순서대로 분해하시오.
- 체결 순서를 표시하여 표로 정리하시오 (예: 1단계 – 고정볼트 삽입 → 2단계 – 와셔 배치).
- 각 부품의 재질과 기능을 도식화(스케치 또는 CAD 캡처)로 정리하시오.
- 조립 완성 후 예상 가능한 조립 불량 사례를 2가지 이상 분석하시오.
❖ 자기점검 체크리스트
| 주요 기계요소 명칭과 기능을 정확히 파악하였는가? | (예: 베어링의 역할, 나사의 종류 등) | □ |
| 조립도와 분해도에서 부품 간 관계를 도식으로 해석할 수 있는가? | (예: 축 정렬선, 기준면 등) | □ |
| 도면의 공차, 표면거칠기, 기준 기호 등을 설명할 수 있는가? | (예: ±0.005, ⌀ 기호 등) | □ |
| 도면의 구조적 순서를 이해하고 조립 순서를 논리적으로 설명할 수 있는가? | □ | |
| 실무 적용을 위해 조립 시 유의사항을 스스로 판단할 수 있는가? | □ |
❖ 정답 및 해설 예시 (1번 문제 기준)
① 체결 방식: 외나사 삽입식 체결 + 스프링 와셔 체결 보조
② 운동 방향: 축방향 직선 운동 / 정렬 기준은 중심축 중심면
③ 분해 순서 예시:
- 1단계: 체결 볼트 제거
- 2단계: 와셔 분리
- 3단계: 실린더 캡 해체
- 4단계: 피스톤 추출
이와 같은 방식으로 해설도 포함하여 각 문제별로 상세히 제공 가능합니다.
❖ 시각자료 제안
- 실제 방산부품 분해도 + 조립도 종합 도면 (CAD 렌더링 포함)
- 공차, 표면기호, 기준면 해석 도식 예시
- 도면 상 실수 유도 문제 예시 (오답 유도용)
- 정렬선/중심축 표시 설명 인포그래픽
- 자가 진단용 채점 루브릭 포스터
📍 제6절. CAD 실습 워크시트 + 모듈형 프로젝트 과제 설계
❖ 실습 워크시트
● 1. CAD 설계 워크시트: 부품 모델링
실습 내용:
다음 방산 부품을 CAD를 사용하여 설계하시오. 설계 시, 체결 방식과 공차를 명확히 정의하고, 필요한 기준면 및 정렬 요소를 지정하시오.
부품명: 고정형 배출밸브
설계 요구사항:
- 외경: 40mm, 내경: 25mm
- 길이: 60mm
- 체결 방식: 나사 체결 (M10 나사)
- 공차: ±0.05mm
- 재질: 고강도 알루미늄 합금
설계 과정:
- 부품의 주요 외형 및 치수를 CAD 소프트웨어에 입력한다.
- 체결 방식 및 나사산을 적용하여 부품에 구멍을 뚫는다.
- 공차를 고려하여 치수 수정 및 재설계를 한다.
- 완성된 부품 모델에 대해 기준면과 정렬선을 추가하여 적합성을 검토한다.
평가 항목:
- 치수 정확성 및 공차 적용 여부
- 체결 방식의 적합성
- 기준면 및 정렬선 지정 여부
- 설계의 완성도 및 활용 가능성
● 2. 조립도 작성 및 분석
실습 내용:
다음은 고정형 배출밸브의 조립도이다. CAD 모델을 사용하여 조립도 및 분해도를 작성하고, 조립 순서를 기술하시오.
조립도 구성 요소:
- 본체 (기계적 구조)
- 실링 고무 (체결 부위)
- 고정 볼트 (나사체결)
- 배출 밸브 커버 (상단 덮개)
조립도 작성 절차:
- 각 부품을 조합하여 전체 구조를 완성한다.
- 각 부품 간의 관계를 명확히 하고, 필요한 정렬선 및 기준면을 추가한다.
- 조립 순서를 작성하여, 부품 간 체결 및 상호작용을 설명한다.
- 분해도를 작성하여, 부품별 분해 순서를 기입한다.
평가 항목:
- 조립 순서의 논리성 및 정확성
- 기준면 및 정렬선 표시 여부
- 부품 간 관계 및 체결 방식 명확성
- 조립도 및 분해도의 완성도
❖ 모듈형 프로젝트 과제 설계
● 1. 과제 개요
프로젝트 명: 군용 차량 휠 축 체결 시스템 설계
목표:
군용 차량의 휠 축 체결 시스템을 설계하되, 내구성과 체결 강도를 고려하여 최적의 설계를 도출한다. 이 과정에서 CAD 모델링, 공차 설정, 기준면 정의 등을 실습하여, 설계의 전반적인 과정을 이해하고 평가할 수 있다.
과제 요구사항:
- 축 부품과 휠 부품을 설계하고, 이들을 연결하는 체결 방식을 정의한다.
- 체결 부품은 내구성과 하중 분산을 고려하여 설계하되, 공차 범위를 명확히 설정한다.
- 각 부품의 조립도와 분해도를 작성하고, 체결 부품의 이동 및 회전 가능성을 분석한다.
- 전체 체결 시스템의 동작 흐름과 부품 간 간섭 가능성을 점검한다.
세부 설계 항목:
- 축 부품 설계
- 치수: 50mm x 200mm
- 재질: 고강도 강철
- 체결 방식: 핀 체결
- 휠 부품 설계
- 치수: 300mm x 50mm
- 재질: 내구성 높은 합금
- 체결 방식: 볼트 체결
- 체결 시스템 설계
- 조합 후 전체 시스템 하중 분배 확인
- 체결 토크와 적합한 볼트 크기 선정
평가 항목:
- 부품 설계의 기능성 및 효율성
- 체결 방식의 적합성 및 내구성
- 공차 범위와 기준면 설정의 정확성
- 조립도 및 분해도 작성의 정확성
- 하중 분산과 부품 간 간섭 분석의 정확성
📝 4. 확인 문제
문제 1.
축과 베어링을 체결할 때 고려해야 할 공차는 무엇이며, 그 이유는?
- ① 축을 헐겁게 설계하여 조립을 쉽게 한다.
- ② 축과 베어링 사이에는 반드시 간섭이 있어야 한다.
- ③ 축과 베어링의 결합부는 공차 체계를 적용하여 회전정밀도를 확보한다.
- ④ 베어링 대신 키를 사용하여 회전을 조절한다.
정답: ③
해설: 베어링과 축의 결합에는 공차 체계(ISO H7/k6 등)를 적용하여 회전 시 진동이나 마모가 발생하지 않도록 설계해야 합니다.
문제 2.
분해도의 주된 목적은 무엇인가?
- ① 제품 외관을 미적으로 표현한다.
- ② 조립된 부품들의 소재를 표시한다.
- ③ 부품 간 연결관계를 시각화하여 조립을 쉽게 한다.
- ④ 전기회로를 표현하기 위한 도면이다.
정답: ③
해설: 분해도는 각 부품이 어떻게 연결되어 있는지를 시각적으로 보여줌으로써 조립 순서와 위치를 이해하는 데 도움을 줍니다.
🎨 5. 시각자료 제안
| 구조 분해도 | K9 자주포 구동부 분해도 (단면 포함) |
| 조립도 예시 | 피스톤-실린더 유압장치 조립도 |
| 공차 도식 | ISO 공차 체계와 H7/k6, H8/f7 등 실례 |
| CAD 모델링 | 실제 방산 부품의 3D 모델링 예시 및 분해 애니메이션 |
| 설계 흐름도 | 기계요소 설계-분해도 작성-조립도 해석까지의 전체 설계 프로세스 흐름도 |
🔧 [부록] 실습 및 평가 자료
1️⃣ CAD 실습 자료
📁 실습명: 방산 부품 분해도 및 조립도 모델링 실습
| 목표 | 방산 기계요소를 3D 모델링하고, 분해도 및 조립도를 작성할 수 있다. |
| 소프트웨어 | Autodesk Inventor 또는 SolidWorks (학생용 라이선스 사용 가능) |
| 기준 모델 | 유압 실린더(예: K9 자주포의 유압 구동장치 부품) |
| 주요 요소 | 피스톤, 로드, 실린더, 스프링, 키, 베어링, 볼트 |
| 학습 내용 | ① 기본 부품 스케치 및 3D 모델링 ② 어셈블리(Assembly) 설계 ③ 간섭 확인, 동작 시뮬레이션 ④ 분해도(Exploded View) 작성 ⑤ 조립도(Assembly Drawing) 작성 |
| 산출물 | ① 3D CAD 모델링 파일(.ipt/.sldprt) ② 어셈블리 파일(.iam/.sldasm) ③ 조립도면(.dwg/.pdf) ④ 분해도면(.dwg/.pdf) |
💡 심화: ISO 공차(H7/k6 등) 적용하여 축과 베어링 결합부 설계
2️⃣ 모듈형 프로젝트 과제
📦 프로젝트명: “모의 방산부품 개발 설계 프로젝트”
| 프로젝트 개요 | 주어진 기능을 만족시키는 방산용 소형 기계장치를 설계하고, 부품 모델링 및 조립 설계까지 수행 |
| 모듈 분할 | |
| 모듈 A. 기계요소 선정 및 설계 조건 정의 | |
| 모듈 B. 3D 부품 모델링 (축, 베어링, 키, 커버 등 5개 이상) | |
| 모듈 C. 조립 구조 설계 및 간섭 체크 | |
| 모듈 D. 분해도, 조립도 작성 및 발표 자료 제작 | |
| 주제 예시 | ① 회전하는 센서 장착용 소형 기어 박스 ② 피스톤 왕복 운동형 유압 장치 ③ 모형 유도체의 추진부와 회전안정 구조 |
| 결과물 | 설계 요약서(PDF), 3D 모델(.sldasm/.ipt), 분해도 및 조립도, 발표 자료(PPT) |
| 평가 요소 | 기능성, 설계 타당성, 도면 정확도, 협업 능력, 발표력 |
3️⃣ 평가 루브릭 (Rubric)
| 기계요소 선정 및 설계 논리성 | 기능에 맞는 요소를 정확히 선정하고 이유 설명 | 요소는 적절하나 설명 미흡 | 일부 요소 부적절 | 기능과 무관한 요소 선정 |
| 부품 모델링 정확도 | 치수, 공차, 형태가 설계도와 완벽 일치 | 대부분 일치하나 일부 누락 | 주요 부품 누락 또는 치수 오류 | 모델링 완성도 낮음 |
| 조립 및 간섭 해석 | 체결 정확, 간섭 없음, 움직임 자연스러움 | 간섭 미미, 전체 조립 구조 완성 | 주요 부품 간 간섭 존재 | 조립되지 않거나 동작 안됨 |
| 도면 제출물 완성도 | 분해도·조립도 명확, 주석 정리 완벽 | 분해도 또는 조립도 일부 부족 | 도면 해석 어려움 | 도면 미제출 또는 오류 다수 |
| 발표 및 협업 태도 | 역할 분담 명확, 발표 논리적 | 발표 이해 가능, 자료 일부 미흡 | 협업 흔적 부족, 발표 미숙 | 참여도 및 발표 미흡 |
📚 6. 참고 및 출처
- ISO 286, 공차 체계 기준 자료
- 기계설계 기술사 시험문제 해설집 (대한기계학회, 2022)
- 한화에어로스페이스 기술자료
- MIL-STD-100 (미국 방산 도면 규격 표준)
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