[요소설계]Shaft & Bearing Design (축&베어링 설계) 프로젝트

소개

요소설계 프로젝트입니다

목차

1. 소개 및 요약
1.1 설계 조건

2. 축 설계
2.1 축 설계시의 고려사항
2.2 축 해석 - Dynamic Fatigue Theory
2.2.1 정역학적 분석
2.2.2 재료 선정
2.2.3 Endurance limit 도출
2.2.4 Fatigue stress-concentration factor 도출
2.3 축 직경 도출
2.3.1 ASME Method
2.3.2 Using S-N Diagram
2.4 축 직경 결정

3. 가공방법 선정
3.1 가공방법
3.1.1 주조
3.1.2 소성가공
3.1.3 절삭
3.1.4 소결
3.1.5 용접
3.2 가공방법 선정
3.2.1 소요 가격 산출

4. 베어링 선정
4.1 베어링 선정에 영향을 미치는 요소
4.1.1 수명요구조건
4.1.2 신뢰도요구조건
4.1.3 축 하중의 영향
4.1.4 쇼크하중
4.1.5 회전하지 않는 베어링에 작용하는 하중
4.1.6 최고속도


4.2 베어링의 종류
4.2.1 베어링의 구분
4.2.2 베어링의 종류
4.2.3 베어링의 종류에 따른 비용

4.3 베어링 선정
4.4 베어링 고정방안
4.4.1 Cold Mounting
4.4.2 Temperature Mounting
4.4.3 Hydraulic Mounting
4.4.4 베어링 고정방안 선정

5. 고유진동수와 최대회전 속도

6. 최종 설계 형상
6.1 도면
6.2 3D 형상

그 림 목 차
1. 목표 축의 형상
2. 깊은 홈 볼 베어링
3. 앵귤러 볼 베어링
4. 복열 볼 베어링
5. 자동조심 볼 베어링
6. 원통 롤러 베어링
7. 니들 롤러 베어링
8. 자동 조심 롤러 베어링
9. 테이퍼 롤러 베어링
10. 스러스트 볼 베어링
11. 스러스트 자동조심 롤러 베어링
12. Cold Mounting
13. Hyrdraulic Mounting
14. 완성 제품 도면
15. 완성제품 3D형상

본문내용

본 보고서는 2008-2학기 기계요소설계 강의에서 학습한 내용을 바탕으로 Carbon Steel 재질의 Fully reversed loading shaft(축) 설계 프로젝트를 진행한 결과물이다. 주어진 조건을 가지고 ASME Method와 S-N Diagram을 이용하여 축의 정역학적 구조를 해석하였으며 그에 따라 구한 직경과 기본물성을 바탕으로 축의 양 끝단의 Fillet에 결합시킬 베어링을 선정하고 설계에 따른 예상견적을 도출하였다. 또한 Critical frequency와 Critical speed를 구하여 비교함으로써 설계의 안정성을 확보하였다.
마지막으로 CAD 프로그램인 Solidworks 2007을 사용하여 설계한 축을 3D 형상화하고 도면을 작성하는 과정을 거쳐 프로젝트를 마무리하였다.

1.1 설계 조건
- Carbon Steel Shaft
- Factor of safety = 2.0 for a life of 3 min
- Working at room temperature
- Rotating speed = 1150 rpm
- → fully reversed loading

2. 축 설계
2.1 축 설계시의 고려사항
① 강도(Strength)
정하중, 반복하중, 충격하중 등 하중의 종류에 따라 충분한 강도를 갖도록 설계하여야 한다. 또 키홈, 단부 등의 모서리의 응력집중을 고려하여 모서리부분에는 어느 정도의 Fillet을 붙일 필요가 있다.
② 강성(stiffness)
작용하중에 의한 변형이 어느 한도 이하가 되도록 필요한 강성을 가져야 한다. 굽힘 하중을 받는 축에서는 처짐이 어느 한도를 넘으면 베어링압력의 불균일, 기어의 이물림의 이상 등이 일어난다. 따라서 축의 종류에 따라 변형량이 일정한 한도 이내에 들어가도록 설계할 필요가 있다.

③ 진동(vibration)
축은 굽힘 또는 비틀림 등의 진동이 축의 고유진동과 공진할 때의 위험속도를 고려하여 축이 파괴되지 않도록 그 운전조건을 설계에 반영하여야 한다.

참고자료

· 1. Robert L. Norton. MACHINE DESIGN(An Integrated Approach) 3rd edition. Pearson Education. 2006.
· 2. 송지복, 김진욱. {新 機械設計}. 보성각. 1994.
· 3. 정인선, 김종헌. {(Design with vision) SolidWorks Bible-basic} : 완전정복. 서울 : 북미디어. 2007
· 4. http://www.isayprice.com/index.php?mode=1&number=7&inc=price_list&fol=
· price&midNo=120&minNo=1728&menu
· 5. http://en.wikipedia.org/wiki/Machining
· 6. http://mdmetric.com/pdf/brgprice2.pdf
· 7. http://www.isbrg.co.kr/new_pr/pr_01_1.php
· 7. http://www.meps.co.uk/World%20Carbon%20Price.htm
· 8. http://www.securitytechnet.com/main/research/techreport.html