기계요소설계 I 기초 기계설계 (大英社) Web Vision 21C Co., Ltd.(www.pftech.co.kr) 김광래, 박용석,은인웅 공저 기초 기계설계 (大英社) Web Vision 21C Co., Ltd.(www.pftech.co.kr)

chapter 01. 기계 설계의 기초

운동의 전달이나 변환을 목적으로 하고 있는 쌍을 조합시켜 한정된 운동을 하는 기구(mechanism)를 이해할 수 있다. 학습목표 기계의 구성을 이해할 수 있다. 기계의 종류를 이해할 수 있다. 운동의 전달이나 변환을 목적으로 하고 있는 쌍을 조합시켜 한정된 운동을 하는 기구(mechanism)를 이해할 수 있다. 기계요소와 기계설계 기계부품의 표준화와 단위에 대한 개념 이해 재료의 강도의 이해 - 응력과 변형률(Stress & Strain) - 크리프(Creep), 피로(Fatigue), 파손(Failure)

1.1 기계와 기계설계 - 1.1.1 기계와 기구 1. 기계 자전거 4 (frame); 각 부분들이 적절한 위치에 1 3 1.1 기계와 기계설계 - 1.1.1 기계와 기구 1. 기계 자전거 뒷바퀴를 회전시켜 사람이나 물건을 옮기는 일을 함. 4 (frame); 각 부분들이 적절한 위치에 고정되어 있는 부분 1 3 (follower) 목적하는 일을 하는 부분 (driver);에너지를 받아 들임. 2 (medium); 에너지를 전달함.

각 부분을 적절한 위치에 고정시키는 부분 1.1 기계와 기계설계 - 1.1.1 기계와 기구 1.1.1. 기계와 기구 기계의 구성 일을 시키기 위해 에너지를 받아 들이는 부분(energy receiver) 에너지를 다른 곳에 전하거나 변환시키는 부분(energy transfer) 목적으로 하는 일을 하는 부분(output effective working) 각 부분을 적절한 위치에 고정시키는 부분 그림 1.2 기계의 구성

저항력이 있는 물체를 조합한 것이어야 한다. - 기계부품은 저항력이 있는 금속이 대부분임. 1.1 기계와 기계설계 - 1.1.1 기계와 기구 기계가 구비해야 할 조건 저항력이 있는 물체를 조합한 것이어야 한다. - 기계부품은 저항력이 있는 금속이 대부분임. - 벨트나 고무(유연한 물체) - 기름, 공기와 같은 유체가 압력을 이용할 때 상대 운동을 하는 구성부분이 있고, 그 운동은 한정되어 있어야 한다. - 상대운동을 하지 않으면 기계가 아니다. . 예1: 해머, 드라이버(2가지 재료의 조합)  공구(tool) ) . 예2: 건물의 골조나 교량 등도 상대 운동이 없음  구조물(structure) 에너지의 공급을 받아 외부에 유효한 일을 하여야 한다. - 예: 시계, 저울, 마이크로미터(micrometer), 버어니어캘리버스(Vernier calipers)  기구(instrument) 또는 측정기(measurement)

유효한 일(C) 기계효율 = 최초에 받아들인 에너지(B) 기계 일(Work) 에너지 C A B A = B + C 1.1 기계와 기계설계 - 1.1.1 기계와 기구 기계효율(mechanical efficiency) 유효한 일(C) 기계효율 = 최초에 받아들인 에너지(B) 기계 일(Work) 에너지 C 마찰에 의한 열 A 진동 B A = B + C 외부 방산(손실 일)

1.1 기계와 기계설계 - 1.1.1 기계와 기구 2. 기계의 종류 원동기(primer mover) 기계 ; 자연계에 존재하는 에너지를 이용하여 동력을 발생시키는 기계(풍차, 수차, 증기기관, 내연기관, 모터 등) 기계 작업기(working machine) ; 원동기로부터 동력을 공급받아 여러 가지 작업을 하는 기계(공작기계, 하역기계, 교통기계, 산업기계 등) 공작기계 - 선반(lathe) - 드릴링 머신(drilling machine) - 세이퍼(shaper) - 밀링 머신(milling machine) - 연삭기(grinder) - 전조기(rolling) 하역기계 - 호이스트(hoist) - 크레인(crane) - 콘베이어(conveyor) 교통기계 - 자동차 - 기차 - 항공기 - 선박 등 산업기계 - 섬유, 화학 - 토목, 광산 - 농업, 수산 등의 산업에 사용되는 기계

1.1 기계와 기계설계 - 1.1.1 기계와 기구 3. 기구 * 기계 부품들 간에 서로 접촉하면서 상대 운동을 하는 것  짝(pair) ( turning pair) ( screw pair) ( sliding pair) 운동의 전달이나 변환을 목적으로 하고 있는 쌍을 조합시켜, 한정된 운동을 하는 것을 기구(mechanism)라 함.

1.1 기계와 기계설계 - 1.1.1 기계와 기구 여러 가지 기구

1.1 기계와 기계설계 - 1.1.1 기계와 기구 기구의 간략화 (가솔린 엔진)

1.1 기계와 기계설계 - 1.1.2 기계요소와 기계설계(15쪽) 1. 기계요소(machine element) * 기계에 사용되는 여러 가지 부품과 비교적 간단한 기계 구성 부품 하나 하나를 기계요소(machine element)라 하며 사용목적에 따른 분류는 다음과 같음. 체결용 기계요소 : 볼트, 너트, 키.핀.코터, 리벳, 용접이음 축용 기계요소 : 축, 베어링, 클러치(운전 중 축의 단속이 자유로움), 커플링(축의 연결을 끊을 수 없는 축이음)

1.1 기계와 기계설계 - 1.1.2 기계요소와 기계설계(15쪽) 1. 기계요소(machine element) 전동용 기계요소 : 마찰차, 기어, 벨트, 체인 마찰차 : 구름접촉에 의하여 동력을 전달하는 장치로 미끄럼이 많다.

1.1 기계와 기계설계 - 1.1.2 기계요소와 기계설계(15쪽) 1. 기계요소(machine element) (4) 완충 및 제동용 기계요소 : 스프링, 브레이크 (5) 관용 기계요소 설계 : 파이프, 파이프 이음

1.1 기계와 기계설계 - 1.1.2 기계요소와 기계설계(15쪽) 2. 기계설계 (machine design) 기계를 제작하기 전에 먼저 그기계의 동작, 성능 등에 대한 요구를 만족시키도록 기계의 구 조를 계획하고 사용재료, 모양, 치수 등을 선정하여 완전한 구조를 결정하는 것을 기계설계 라 한다. 목 표 사양 결정 ; 사용조건을 검토한다. ; 기구를 결정하거나 깊이 생각한다. 기구 결정 ; 운동의 전달 방법을 생각, 종합적으로 결정한다. 계산 ; 각 부품의 작용하는 힘을 생각한다. ; 각 부품에 적합한 재료를 고른다. 구조 결정 표준 ; 기계요소 등의 규격품을 활용한다. ; 표준화, 호환성을 갖도록 한다. 각 부품의 형상, 크기 결정 가공조립 ; 안정하고 능률적인 가공 ; 조립을 깊이 생각한다. 제작도 사용 예 ; 사용 용이, 안전에 유의한다. ; 디자인, 색체를 생각한다. 그림 1.7 기계설계의 단계

1.1 기계와 기계설계 - 1.1.2 기계요소와 기계설계(15쪽) 3. 컴퓨터를 이용한 기계설계 (CAD/CAM/CAE/CAT) CAD : computer aided design CAE : computer aided engineering CAM : computer aided manufacturing CAT : computer aided testing CAT 컴퓨터 그래픽 CIM : computer integrated manufacturing(전산통합생산) CAD CAM CAE 2차원 도면작성 그림 1.8 3차원 CAD 시스템을 이용한 시스템 구축 예

1.1 기계와 기계설계 - 1.1.3 기계 부품의 표준화와 단위(20쪽) 1. 표준화의 목적 모양, 품질, 치수 등의 규격을 통일시켜 표준화를 하면 설계자의 수고를 줄여 줌. 공업기술의 향상 생산의 합리화 작업의 단순 공정화 전용공작기계의 사용이 가능하게 됨. 우수한 제품을 제작하여 원가 절감에 기여함. 대량생산이 가능함. 고장 시 부품교환 할 때 호환성이 있어서 편리함.(사용자측면) KS규격 제정 & 사용 (한국산업규격, Korean Industrial Standard) ISO 규격 (국제표준화기구,International Standardization Organization)

1.1 기계와 기계설계 - 1.1.3 기계 부품의 표준화와 단위(20쪽) KS의 산업 부문별 기호

1.1 기계와 기계설계 - 1.1.3 기계 부품의 표준화와 단위(21쪽) 2. 단위계 * 단위(Unit) : 어느 양을 수치로서 표시할 때 비교의 기준으로 사용되는 같은 종류의 양 * 기본량 : 다른 물리량과 관계없이 독립해서 단위가 주어지는 것과 같은 물리량 * 기본단위 : 기본량의 단위, * 조립량(or 유도량): 기본량을 조합해서 정의 된 양 * 조립단위(or 유도단위) : 조립량의 단위 * 절대단위계 : 길이, 질량, 시간을 기본으로 다른 질량의 단위를 유도 * 중력단위계(or 공업단위계) : 질량대신에 힘을 기본량으로 잡고, 일정질량에 작용하는 중력을 기본단위의 하나로 하는 단위계

1.1 기계와 기계설계 - 1.1.3 기계 부품의 표준화와 단위(22쪽) 3. SI단위(International System of Unit) * 국제 도량형 총회에서 채택함. (1) 힘의 단위 (2) 압력과 응력의 단위

1.1 기계와 기계설계 - 1.1.3 기계 부품의 표준화와 단위(22쪽) (1) 힘의 단위 * 기계설계에서는 중력단위계를 사용하여 왔음. * 최근에는 SI 단위계를 사용하는 경향이 증가함.  단위환산방법 이해 및 습득요망

1.1 기계와 기계설계 - 1.1.3 기계 부품의 표준화와 단위(23쪽) (2) 압력과 응력의 단위 * 압력, 응력 = 단위 면적당 작용한 힘 (SI 단위계 : N/m^2 = Pa(파스칼)  N/cm^2, N/mm^2 등을 사용) (유체압력 kgf/cm^2을 SI 단위로 환산)

1.1 기계와 기계설계 - 1.1.3 기계 부품의 표준화와 단위(23쪽) (3) 힘의 모멘트, 일, 작업율의 단위 * 힘의 모멘트 단위 (중력단위계:kgf*m) (SI 단위계 : N*m) 1kgf*m = 9.8 N*m = 9.8J * 일(Work) : 단위의 힘이 물체에 작용하여 그 방향으로 단위거리 만큼 움직인 것 1 N * m = 1 J = 1 kg * m^2/s^2 * 작업율(동력, 공률) : 단위 시간 사이에 하는 일의 크기 SI 단위계 : 1 J/s = 1 W = 1 N * m/s = 1 kg * m^2 / s^2 중력단위계 : kgf * m/s * 동력의 단위(마력) (프랑스마력 PS(내연기관,산업차량,선박등에 사용), 영국마력 HP) 1 PS = 75kgf * m/s = 735.5 W = 0.7355 W 1 kgf * m/s = 9.80665 W 1 kW = 101.9716 kgf * m/s = 102 kgf * m/s 1 kW = 1000 N * m/s

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