IV. 제조 기술과 자동화

자동화와 로봇 2-1. 기계요소와 동력의 전달 2-2. 전기․전자의 이해 2-3. 공장 자동화와 로봇의 활용 2-4. 로봇의 종류와 구성

학습 목표 기능에 따른 기계요소의 종류를 구분할 수 있다. 기계요소의 작동 원리를 설명할 수 있다.

알버트 휴보가 전하는 로봇에 대한 설명을 들어 보자.

? 우리나라에서 개발된 로봇은 어떤 것들이 있을까? 1999년 센토 2004년 휴보, 우리나라 최초의 2족 보행 휴머노이드 2011년 마루 Ⅲ, 모션 캡처 기술 적용 센토 휴보 마루와 아라

? 미래의 로봇은 어느 분야에서 활용될까? 단순 반복 작업이나 일정한 정밀도가 필요한 일, 위험한 일, 서비스 등 사람이 수행했던 거의 모든 분야에서 활용될 것이다.

자전거에 탄 사람의 힘은 어떻게 자전거 바퀴에 전달될까? 사람이 페달을 움직이면 크랭크에 그 힘이 전달되어 회전 운동으로 바뀐다. ↓ 앞쪽에 있는 큰 스프로킷이 체인을 회전시키면 뒷바퀴 축의 작은 스프로킷이 회전한다. 뒷바퀴 축의 회전력이 바퀴에 전달되어 자전거는 앞으로 움직인다. ③ ② ①

기계의 정의 기계란, 외부로부터 동력을 받아 여러 가지 기계요소들이 상대적 으로 움직여 일을 수행하는 장치를 말한다. 기계의 조건 외부에서 동력을 받아 유효한 일을 해야 한다. 여러 기계요소들이 조립되어 있어야 한다. 기계요소들이 한정된 상대 운동을 해야 한다. 쉽게 부서지지 않는 단단한 구성체이어야 한다.

기능에 따른 기계요소의 분류 결합용 나사, 핀, 키, 리벳 등 전동용 마찰차, 기어, 벨트 와 벨트 풀리, 체인 과 스프로킷, 캠, 링 크 등 축용 축, 베어링 등 관용 관, 이음쇠, 각종 밸 브 등 기타 스프링, 브레이크 등

자전거의 기계요소 알아보기 자전거를 구성하고 있는 기계요소에 대해 알아보자. 각 부분을 지지하는 몸체 외부로부터 동력을 받아들이는 부분 동력을 전달하는 부분 부품 및 기계요소 구성 부분 동력을 받아 일을 하는 부분 관(프레임) 페달, 브레이크 레버, 핸들 크랭크, 큰 스프로킷, 체인, 작은 스프로킷, 브레 이크 와이어 바퀴, 브레이크 패드

결합용 기계요소 나사 둥근 막대의 바깥둘레나 원통의 안쪽 면에 삼각이나 사각 등의 단면을 가진 홈을 나선형으로 돌아가면서 깎아 낸 것으로, 가장 많이 사용되는 결합용 기계요소이다. 나사의 구조 나사의 원리

나사의 분류 오른나사: 일반적인 나사로 오른쪽(시계 방향)으로 돌렸을 때 조여지는 나사 오른나와 왼나사 오른나사: 일반적인 나사로 오른쪽(시계 방향)으로 돌렸을 때 조여지는 나사 왼나사: 왼쪽(반시계 방향)으로 돌렸을 때 조여지는 나사 ▲ 오른나사 ▲ 왼나사

나사의 분류 수나사(볼트): 나사의 원기둥 표면에 나사산이 있는 나사 수나사와 암나사 수나사(볼트): 나사의 원기둥 표면에 나사산이 있는 나사 암나사(너트): 원통의 안쪽에 나사산이 있는 나사 ▲ 수나사 ▲ 암나사

나사의 분류 한 줄 나사: 한 바퀴를 돌리면 한 줄이 조여지거나 풀리는 나사 한 줄 나사와 다줄 나사 한 줄 나사: 한 바퀴를 돌리면 한 줄이 조여지거나 풀리는 나사 다줄 나사: 음료수 유리병과 같이 한 바퀴에 두세 줄이 조여지거나 풀려서 빨리 여닫을 수 있는 두줄 나사 등

나사산의 모양에 따른 분류 삼각나사 사각나사

나사산의 모양에 따른 분류 사다리꼴나사 둥근나사

핀 핀은 결합하는 기계요소의 길이 축과 직각으로 결합할 때 사용 핀은 큰 힘이 걸리지 않는 부품을 고정하거나, 너트 등의 풀림 을 방지하는 데 쓰인다. 평행핀 자전거 체인의 연결, 소 화기의 손잡이 고정 등 테이퍼핀 자전거의 크랭크축과 크랭크의 결합 등 분할핀 볼트와 너트의 풀림 방 지, 유모차 등

키 키는 결합하는 기계요소의 길이 축과 평행하게 결합할 때 사용 키는 핸들, 기어, 벨트 풀리 등의 회전체를 축에 고정시켜, 회전 체가 축과 함께 회전할 수 있게 한다.

리벳 리벳은 두 금속판을 연결하는 구멍에 끼운 후 리벳 양쪽을 둥근 버섯 모양으로 빠지지 않도록 만들어 금속판을 결합할 때 사용 ▲ 여러 가지 리벳 ▲ 각종 리벳 이음

결합용 기계요소의 활용 결합용 기계요소 중 못과 같은 쐐기보다 나사의 사용이 늘 어나는 이유를 토의해 보자. 못이나 쐐기는 두 물체를 결합할 때 망치를 이용해 순간 큰 힘을 가해야 한다. 이때 못이 휘거나 튀기도 하고, 손을 찧는 경우가 있다. 또한, 결합 후 진동에 의해 틈이 벌어져 못이 빠지는 경 우도 있다. 나사는 드라이버로 비교적 작은 힘으로도 두 물체를 결 합할 수 있다.

결합용 기계요소의 활용 일상생활에서 오른나사와 왼나사가 사용되는 예를 브레인 스토밍을 통해 기록해 보자. 오른나사를 사용하는 예 일반적인 나사, 의자와 책 상의 높이 조절용 나사, 수 도꼭지, 전구 결합 나사, 볼펜 뚜껑, 병뚜껑 등 왼나사를 사용하는 예 선풍기 및 환풍기의 날개 고정부, 자전거 왼쪽 페달 조임 나사, 가스통의 연결 부, 턴버클의 한쪽 나사 등

회전 운동을 직선 운동이나 왕복 운동으로 전달하는 전동용 기계요소 전동용 기계요소 전동용 기계요소는 동력 장치의 회전 운동이나 직선 운동을 다른 기계요소로 전달하는 장치를 말한다. 회전 운동을 회전 운동으로 전달하는 기계요소 마찰차 기어 벨트와 벨트 풀리 체인과 스프로킷 회전 운동을 직선 운동이나 왕복 운동으로 전달하는 기계요소 캠 링크

회전 운동 → 회전 운동 ▲ 평마찰차 마찰차는 2 개의 바퀴를 직접 접 촉시켜, 그 접촉면에 생기는 마 찰력을 이용하여 두 축 사이에 동력을 전달 약간의 미끄럼이 있어 비교적 작은 힘에 사용, 미끄럼 방지를 위해 접촉면에 천, 면, 가죽 등을 덧붙임 자전거의 발전기, 변속 장치나 클러치에 사용 마찰차 ▲ 원판 마찰차

회전 운동 → 회전 운동 한 쌍의 바퀴 둘레에 이를 만 들고, 이 두 바퀴의 이가 서로 맞물려 회전하며 동력을 전달 하는 장치 한 쌍의 바퀴 둘레에 이를 만 들고, 이 두 바퀴의 이가 서로 맞물려 회전하며 동력을 전달 하는 장치 기어 전동은 동력 전달이 확실 하고 내구성도 좋아 각종 기계 의 회전 속도와 힘의 크기를 정확히 변경하고자 할 때 사용 시계의 기어 상자, 자동차 변 속기 기어

회전 운동 → 회전 운동 벨트와 벨트 풀리 사이의 마찰력을 이용하여 평행한 두 축 사이에 회전 동력을 전달하는 장치 벨트, 벨트와 벨트 풀리 사이의 마찰력을 이용하여 평행한 두 축 사이에 회전 동력을 전달하는 장치 미끄럼이 발생할 수 있으므로 정확하지 않은 동력의 전달에 적합하다. 놀이 기구와 같이 큰 동력을 전달 가능 벨트, 벨트 풀리 V벨트 전동_ 접촉면을 넓혀 미끄럼을 줄인다. 평벨트 전동 V벨트 전동

회전 운동 → 회전 운동 체인을 스프로킷의 이에 하나씩 물리게 하여 회전 동력을 전 달 체인, 스프로킷 체인을 스프로킷의 이에 하나씩 물리게 하여 회전 동력을 전 달 정확하게 동력을 전 달할 수 있으나 소음 과 진동을 일으키기 쉬워 고속 회전이나 정숙한 운전이 필요 한 곳에는 적합하지 않다. 체인, 스프로킷 롤러 체인_ 저속 회전 시 사용한 다. 사일런트 체인_ 고속에서 조용 히 사용할 때 쓰인다.

회전 운동 → 직선 운동, 왕복 운동 동력 장치의 회전 운동을 직선이나 왕복 운동으로 바꾸는 기계요소 캠 동력 장치의 회전 운동을 직선이나 왕복 운동으로 바꾸는 기계요소 구조가 간단하지만 복잡한 운동을 쉽게 만들어 낼 수 있 다. 움직이는 장난감, 재봉틀, 내연 기관의 밸브 장치 등 캠 ▲ 판 캠 ▲ 원통 캠 ▲ 구면 캠 ▲ 원뿔 캠

회전 운동 → 직선 운동, 왕복 운동 동력 장치의 회전 운동을 직선이나 왕복 운동으로 바꾸는 기계요소 캠 동력 장치의 회전 운동을 직선이나 왕복 운동으로 바꾸는 기계요소 구조가 간단하지만 복잡한 운동을 쉽게 만들어 낼 수 있 다. 움직이는 장난감, 재봉틀, 내연 기관의 밸브 장치 등 캠 캠 장치의 이용(밸브 기관) 캠 장치로 회전 운동을 왕 복 운동으로 바꾸어 밸브 를 왕복 운동시킨다.

회전 운동 → 직선 운동, 왕복 운동 동력 장치의 회전 운동을 직선이나 왕복 운동으로 바꾸는 기계요소 링크 동력 장치의 회전 운동을 직선이나 왕복 운동으로 바꾸는 기계요소 구조가 간단하지만 복잡한 운동을 쉽게 만들어 낼 수 있 다. 움직이는 장난감, 재봉틀, 내연 기관의 밸브 장치 등 링크

기어와 풀리의 회전 방향 그림 ㈎와 같이 마찰차나 기어를 이용하여 종동축의 회전 방향을 주동축의 회전 방향과 같게 하려면 어떻게 해야 할 까? 주동축과 종동축 사이에 마찰 차나 기어를 끼워 넣는다.

기어와 풀리의 회전 방향 그림 ㈏와 같이 벨트와 풀리를 이용하여 종동축 회전 방향 을 주동축 회전 방향과 반대로 하려면 어떻게 해야 할까? 벨트로 풀리를 엇갈려 건다 (엇걸기).

축용 기계요소 축 축은 기계에서 회전 운동으로 동력을 전달하는 회전체의 중심 막대로, 여기에 기어, 벨트 풀리, 스프로킷 등을 끼워 회전시킨다. 축용 기계요소 회전 운동을 전달하는 기계의 중심에 있는 기계 요소 차축(자전거의 허브축) 전동축(풍력 발전기의 회전축)

축의 종류 축은 고정되어 있고 바퀴 등의 회전체만 회전하는 축이다. 차축 축은 고정되어 있고 바퀴 등의 회전체만 회전하는 축이다. 자전거의 허브축, 철도 차량의 축, 전륜 구동식 자 동차의 뒷바퀴축 등 ◀ 차축

축의 종류 축과 회전체가 고정되어 함께 회전하는 축이다. 전동축 전동기의 축, 발전기의 축, 자동차의 구동축 등 크랭크축 왕복 운동을 회전 운동으로 바꾸어 주는 축이다. 자전거의 크랭크축, 내연 기관의 크랭크축 등 ▲ 크랭크축(내연 기관)

축용 기계요소 베어링 몸체와 축 또는 축과 회전체 사이에 위치해 마찰 저항을 줄여 회전을 원활하게 도와주는 기계요소

축용 기계요소 베어링 몸체와 축 또는 축과 회전체 사이에 위치해 마찰 저항을 줄여 회전을 원활하게 도와주는 기계요소

베어링의 위치 앞바퀴는 전동축이고 뒷바퀴는 차축으로 된 모형 자동차를 만들려고 한다. 베어링 역할을 하는 빨대를 어느 부분에 연 결해야 할지 토의해 보자. ㉠ ㉡ 차축은 회전축이 프레임에 고정되어 있고 회전체, 즉 바퀴만 회전을 하므로 ㉡과 같이 축과 바퀴(회전체) 사이에 베어링이 위치해야 한다. 전동축은 회전체와 축이 같이 회전하므로 프레임에 끼인 축이 잘 회전할 수 있게 베어링을 설치해야 한다. 즉, ㉠과 같이 프레임과 회전축 사이에 위치해야 한다.

관용 기계요소 관의 역할 기체나 액체와 같은 유체가 이동하는 통로로 사용되기도 하고, 자전거 프레임이나 구조물의 부재로 사용됨

관용 기계요소 관이음 관을 이어 길이를 길게 하거나 방향을 바꿀 때 쓰인다. 티, 엘보, 유니언, 크로스 등이 있다. 유니언

관용 기계요소 밸브와 콕 유체의 양 조절 유체의 압력 조절 유체의 방향 조절 유체의 흐름 단속 글로브 밸브 앵글 밸브 체크 밸브 샤워 콕 가스 콕

완충용 기계요소 스프링 스프링은 탄성을 이용한 것으로 충격을 완화하는 완충용 기계요소 태엽처럼 에너지를 저장하였다가 동력을 발생시키는 기계요소 압축 코일 스프링 비틀림 코일 스프링 판 스프링 인장 코일 스프링 나선형 스프링

제동용 기계요소 브레이크 브레이크는 기계의 회전 속도를 줄이거나 운동을 제어하는 제 동용 기계요소 형태에 따라 블록·띠·디스크 브레이크 등

제동용 기계요소 브레이크 브레이크는 기계의 회전 속도를 줄이거나 운동을 제어하는 제 동용 기계요소 형태에 따라 블록·띠·디스크 브레이크 등

1 기계요소는 기능에 따라 어떻게 분류하는가? 결합용 기계요소, 전동용 기계요소, 축용 기계요소, 관용 기 계요소, 완충용 기계요소, 제동용 기계요소 2 자전거의 전동용 기계요소는 무엇인가? 체인과 스프로킷, 링크

3 나사가 쐐기보다 작은 힘으로 결합할 수 있는 이유는 무엇인 가? 각도가 작은 비탈길을 오르는 것이 힘을 덜 드는 원리처럼 나사선을 펼친 삼각형의 기울기가 쐐기의 기울기보다 더 작 은 각도를 이루고 있기 때문이다.