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회전톱의 축-베어링-하우징 장치설계

1. 다음의 일반적인 회전톱의 축-베어링-하우징 장치를 설계하시오.(각 계산결과와 축과 베어링 형상, 그리고 조립된 형상의 단면 도면을 제출해야함)속이 비어 있는 관형의 하우징에 회전톱의 축이 두 부분에서 베어링으로 지지되어 있다. 원형 톱날이 달린 부분에 래디얼 하중F _{s}와 구동축의 풀리에 래디얼 하중F _{r}이 작용하고 있는데F _{s}와F _{r}의 작용각도는 45° 의 위상차를 보인다. 또한 축 방향으로 Fax라는 반복변동 하중이 주어진다.설계 자료 :(1) 축 양끝 A 부분에 밀봉장치(2) 최소 축직경: 25mm(3) 그리스 윤활(4) 하우징 두께 : 7mm, a = 30mm, b = 200mm축회전수 : 3,000rpm, c = 50mm, g = 180mm, e = 25mm수명 : 1000hr 이상,F _{s} = 300N,F _{r} = 800N, Fax =±300N(1) 축 설계축을 설계하기위해서 먼저 축에 걸리는 하중을 계산해 보았다. 축은 두 평면에서 힘을 걸리므로 두평면으로 나누어서 힘을 분석하였다.① 하중분석xz평면에서F. B. d.0.150mm0.055mmABCD0.075mm모멘트 평형점 A에 대한 모멘트 평형식+?sum _{} ^{} M _{A} ```=0`#``````````````````````````=`-0.055 TIMES F _{B} N``-0.205 TIMES F _{C} N`+0.28 TIMES F _{R} cos theta #``````````````````````````=`55F _{B} N+205F _{C} N=158391N`점 D에 대한 모멘트 평형식+?sum _{} ^{} M _{D} ```=0`#``````````````````````````=`-0.075 TIMES F _{B} N``-0.225 TIMES F _{C} N`-0.28 TIMES F _{R} cos theta #``````````````````````````=`-225F _{B} N-75F _{C} N=84000N`F _{B`} `=`-69터 최대 모멘트가 42.425N이되는 것을 알수가 있다.두 방향에서 작용 하는 굽힌 모멘트가 모두 C지점에서 최대 굽힌 모멘트가 작용하는 것을 알수가 있다. 두 방향에서 작용하는 모멘트를 더하면 축에 작용하는 최대 모멘트를 구할수가있다.M _{max`} `=` sqrt {M _{CZ} ^{2} +M _{CY} ^{2}} ` image `60N 최대 모멘트는 60N이된다. 이를가지고 축의 지름을 설계해보겠다.② 축 지름 설계축 지름을 설계하기에 앞서 먼저 축에 사용될 재질을 구해 보겠다.축의 재질은 강철로 선정했다. 그중에서 스탠인리스강으로 하였다. Matweb에서 구체적인 정보를 찾았다.이때의 허용응력을 80MPa로 하였고 탄성계수는 90GPa로 정하였다.축에는 굽힌 모멘트만 작용한다. 이때의 축의 반지름을 구하는 공식은 아래와 같다.d`=` root {3} of {{32 TIMES S TIMES M} over {pi sigma _{a}}}재 료정하중반복하중충격하중편진양진강, 연철33~55810~12주철43.5~861015목재77~10101520벽돌, 석재2015~2430--이때 축에 적용할 안전계수는 위의 표에서 알수가 있다. 축에 작용하는 하중은 정하중이고 재료는 강철이므로 5로 선정하였다.d`=` root {3} of {{32 TIMES S TIMES M} over {pi sigma _{a}}} `=` root {3} of {{32 TIMES 60 TIMES 5} over {pi TIMES 80 TIMES 10 ^{6}}} REIMAGE 33mm 가된다. 33mm는 축의 규격에 존재 하지 않으므로 축을 35mm로 선정한다.③ 축의 강성 설계축에는 굽힌 모멘트만 작용하므로 굽힌 강성만을 고려해 주겠다.Wl _{2}l _{1}축의 형태는 고정 - 단순 - 자유 형태 이므로 이때에 굽힌 모멘트에 의한 축의 처짐은 아래와 같다.delta `=` {W BULLET l _{1} ^{2} BULLET l} over {3EI} `=` {800 BULLET sin45 Brt {{g} over {delta }} = sqrt {{9.81} over {2.96 TIMES 10 ^{-4}}} =`182.05[rad/s]축의 운전속도가 회전축의 고유진동수로부터 25%이상 떨어 지기위한 진동수는w LEQ 136.55이거나w GEQ 227.55 이다. 이때의 진동수를 분당회전수N _{1}[rpm]단위로 고쳐 쓰면 다음과 같다.N _{1} = {30} over {pi } sqrt {{g} over {delta }} [rpm]위에서 구한 진동수를 rpm 단위로 고쳐주면w LEQ 1303[rpm] 이거나w GEQ 2172[rpm]이다. 문제에서 제시된 축회전수는 3,000rpm 이다. 이 경우 위의 회전축은 고유진동수로부터 25%이상 떨어져야 된다는 조건을 만족한다.(2) 베어링 설계① 베어링 선정- 문제에 주어진 조건을 보면 머리 부분 베어링은 고정측 베어링으로 정하고 다른 베어링은 자유측으로 정한다. 고정측 베어링에는 레이디얼 하중과 액시얼 하중을 받을 수 있고, 액시얼 방향의 이동을 양방향에 고정할 수 있는 베어링을 선정한다. 또, 자유측 베어링에는 레이디얼 하중만 받고, 액시얼 방향의 이동이 가능한 베어링을 선정하는 것이 바람직하다.위의 사실을 고려하여 베어링을 선정 하였다. 위의 베어링중에서 분리형은 앵귤러콘택 볼베어링 배면조합과 앵귤러콘택 볼베어링 정면조합이 있다. 두 개의 앵귤러 조합 베어리의 특징을 고려한 결과 나는 배면조합 앵귤러 베어링을 고정측 베어링으로 선정하였다.자유측 베어링의 경우 옆의 그림과 같은 베어링들이 있다. 이중에서 고속회전을 할수있는 깊은홈 볼베어링을 자유형 베어링으로 선정하였다. .단열 깊은홈 볼베어링구름 베어링중 가장 일번적인 형태로서 가격이 저렴하고 비분리형 베어링이다. 내륜과 외륜의 궤도반경은 볼의 반경보다 약간 크며, 내륜의 바깥지름과 외륜의 안쪽 반지름과의 차이는 볼의 직경보다 약간 커서 틈새가 있다. 이러한 틈새는 축방향으로 약간 이동하여 조립함으로써 틈새를 조정할수 있도록 되어 있다.② 동등가 ~1.5충격이 강한 경우1.5~3.0위의 하중계수를 이용하여서 동등가 하중을 보정할 수가 있다. 회전톱에는 충격이 거의없기 때문에 하주계수를 1로 정하여서 동등가 하중에는 영향을 끼치지 않는다.②-2 자유측 베어링자유측 베어링에는 반경방향 하중만이 작용하므로 반경방향하중과 동등가 하중은 같다.P _{r`} =`F _{r}F _{r} =` sqrt {958.53 ^{2} +848.53 ^{2}} = 1280.12N이다. 즉, 동등가 하중P _{r}은 1280.12이 된다.③ 수명 계산②-1 고정측 베어링베어링의 정격 수명을 90%의 신뢰도로 회전수 100만 회전의 단위로 나타낸 것을L _{10}이라 하고, 베어링의 수명을 시간단위로 나타낸 것을L _{h}라 하자. 분당 회전수N[rpm]으로 회전하는 경우 회전수는 회전속도에 회전시간을 곱한 것이므로 다음과 같이 나타 낼 수 있다.L _{10} TIMES [10 ^{6} 회전]`=`L _{h} TIMES 60 TIMES N 위의 식을 사용하여10 ^{6}회전 단위의 수명식을 시간단위의 수명식으로 변화시키면 베어링 수명시간L _{h}는 다음과 같다.L _{h} =( {C} over {P} ) ^{r} TIMES {10 ^{6}} over {60N}위에서 구한 등가하중과 베어링의 기본 동 적경하중을 대입하면 수명시간을을 구할 수가 있다.위의 표에서 동 정격하중을 구해보면 C = 28.5kN이다. 그리고 위에서 구한 동등가하중은 982.35N이다. 이를가지고 수명을 구해보면L _{h} =( {C} over {P} ) ^{r} TIMES {10 ^{6}} over {60N} =( {28500} over {982.35} ) ^{3} TIMES {10 ^{6}} over {60 TIMES 3000} =135663hour 가 나온다.②-2 자유측 베어링위의 표에서 동 정격하중을 알수가 있다. 동 정격하중은 22600N 이다. 위에서 구한 동등가하중과 동 정격하중을 이용하여 수명을 할 수가 있다.L _{h} =( {C} over에 침입하는 것을 방지하는 것이다.밀봉장치는 윤활제 종류, 시일부의 원주속도, 베어링의 조립오차, 수용공간, 시일의 마찰과 그로 인한 온도상승 및 가격등을 고려하여 선정한다.구름 베어링의 밀봉장치는 크게 나누어, 비접촉 시일 및 접촉 시일이 있다.※ 비접촉 실 : 비접촉 실은 축과 하우징 커버와의 작은 틈새를 이용한 밀봉장치로 마 찰이 거의 없어 고속회전에 적합하다. 밀봉효과를 높이기 위해, 틈새안에는 윤활제 를 충진하는 경우가 많다.※ 접촉 실: 접촉 실은 강판에 형성된 합성고무등의 끝부분을 축에 끼워넣는 것에 의 해 밀봉하는 실형식이다. 비접촉 실과 비교하여 밀봉성은 우수하지만, 마찰 토오크 및 온도상승이 커진다. 또, 시일의 끝부분이 축에 접촉되어 회전하기 때문, 시일 형 식에 따라 허용 가능한 원주속도가 정해져있다.축에 사용될 윤활유는 그리스 이다. 그리스 윤활일 경우 비접촉형 실이 접촉형 실보다 널리 쓰이고 효율적이다. 그래서 비접척형 실형태의 밀봉장치를 선정하기로 하였다. 비접촉형 실에는 틈새밀봉, 라비린스 실, 슬링거등이 있다. 그중에서도 틈새 밀봉은 그리스 윤활에 적합하며 저속용으로 쓰인다. 틈새 밀봉에는 세가지 종류의 형태가 있다.틈새밀봉 중에서 단순형을 사용하기로 설계하였다. 틈새밀봉중 단순형은 가장 단순한 형태로서 축과 하우징 사이를 좁게 한 것으로 건조하고 먼지가 없는 곳에 사용한다. 그리스 윤활은 윤활유 공급장치를 필요로 하지 않는다.③ 속도 지수베어링이 고속회전을 하면 마찰로 인하여 열이 발생하며 온도가 상승하여 베어링 타붙음 현상이 발생한다. 손상을 일으키지 않고 장시간 운전이 가능한 속도의 한계를 베어링 허용속도[rpm]이라 한다. 베어링의 허용속도를 나타내기 위하여 속도 지수라는 설계변수를 도입한다.베어링 속도 지수 :d TIMES N`=`35 TIMES 9400=329000[mm BULLET rpm]최대 사용 가능한 회전속도로 회전하는 경우 허용가능한 베어링 하중L _{h} =( {C} over {P} ) ^{r} TIMES {

공학/기술| 2008.12.11| 21페이지| 2,000원| 조회(2,398)

구름, 하중, 부분, 형상, 하우

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바이킹설계 평가A+최고예요

목차1. 바이킹 구성품 설계(1) 바이킹 배 설계(2) H빔 설계(3) 바이킹 배와 바이킹 지지대의 연결부분을 이어줄 지지대 설계(4) 바이킹 지지대에 걸리는 총 무게2. 바이킹 연결봉 설계(1) 바이킹 배의 운동 분석(2) 바이킹에 작용하는 외력 분석(3) 바이킹 연결봉 설계3. 바이킹 지지대 설계(1) 바이킹 지지대에 거리는 힘 분석(2) 바이킹 지지대 두께 선정과 안정도계산(3) 지지대 이음부 볼트 설계(4) 바이킹 지지대와 지면과의 결합부분 볼트설계(5) 원형단면의 필릿 용접3. 바이킹 완성도(1) 바이킹 지지대 도면(2) 바이킹 전체 완성도 도면4. 고찰1. 바이킹 구성품 설계(1) 바이킹 배 설계실제 배의 모습카티아를 통해 구현한 배의 모습먼저 바이킹을 설계하기 위해서 바이킹의 핵심 구성요소인 배를 먼저 설계해보기로 하였다. 왜냐하면 배를 설계해야지만 배의 무게를 알수 있기 때문이다. 카티아를 통해서 배를 설계해 보았다.위의 그림과 같이 카티아를 통해 배를 구현한후 배의 재질을 선정해 보기로 하였다. 적절한 재료를 선정 하는 것은 설계의 성공과 관련하여 매우 중요한 결정 과정이다. 만약 재료를 잘못 선정할 경우 부품 또는 장치의 파손의 위험뿐 만 아니라 제품가격의 상승을 초래 할 수있다. 최적의 재료를 선정한다는 것은 사용상의 성능을 보장 할 수 있다는 것 이외에 제품생산을 위한 올바른 생산공정과 관련된 여러 이득을 생각 할 수 있다 고로 잘못된 재료선정은 생산 공정의 비용을 증가 시켜서 제품의 단가를 상승시키는 요인이 되며 제품이 제 기능을 발휘 할 수 없게 할 수 있다. 이와같은 이유 때문에 재료선정의 기준은 재료의 특성과 재료의 가공성을 동시에 고려하여 결정되어야 한다. 이러한 재질 선정의 기준을 고려한 결과 나는 흑단을 배의 재질로 선정하기로 하였다. 왜냐하면 흑단은 튼튼하고 단단하여 비와 바람등에 잘견디고 또한 내구성이 좋아서 하중을 잘 견디기 때문에 흑단을 배의 재질로 선정하기로 하였다. 이제 카티아를 통해 만들어진 배를 통하여 배의 무게 설계하기로 하였다. 이 부분을 카티아를 통해서 구현해 보면 아래와 같은 그림이 나온다.실제 바이킹에서 지지대 모습카티아를 통해 구현한 지지대 모습카티아를 통해 구현한 지지대를 통해서 트러스 형태의 지지대의 무게를 구해 보았다.트러스의 재질은 steel 이다. 이를 카티아에 적용하여 무게를 구해보니 대략 2.4t이 나왔다. 이와 같은 지지대를 두 개 사용하므로 트러스에 들어가는 무게는 2.4*2 즉, 4.8t이 된다.(4) 바이킹 지지대에 걸리는 총 무게바이킹배의 총무게23.6t바이킹 지지대에 하중을 가할 총무게는 바이킹 배와 H빔 그리고 지지대의 무게를 더하면된다. 세 개의 구성품의 총무게는11.9t`+`1.9t`+`4.8t`=18.6t 이된다. 바이킹 지지대에 가해질 총하중은 이 무게에 탑승인원의 무게를 더해주면 된다. 탑승 인원은 최대 50명이다. 최고 몸무게를 100kg으로 잡아서 탑승인원의 최대 하중을 구해주면 5t이 된다. 이제 이 무게를 바이킹 구성품의 무게와 더해주면 총 무게는18.6t+5t=23.6t 이 된다.2. 바이킹 연결봉 설계(1) 바이킹 배의 운동 분석바이킹배의 운동을 단순조화운동으로써 나타내면 단진자의 운동으로 근사시킬 수 있다. 즉, 바이킹배의 운동을 진자운동이라고 가정하면 우리는 진자의 운동 방정식을 바이킹배의 운동에 적용할 수가 있다. 진자의 운동 방정식은ddot{theta } + {g} over {l} theta =0 이다. 이 공식은 단순조화운동이고, 진동의 원 진동수w _{n}은(g/l) ^{1/2}과 같다. 위식에w _{n}을 대입함으로써 길이l의 진자의 미소 진동주기는tau _{n} = {2 pi } over {w _{n}} =2 pi sqrt {{l} over {g}} 이다.위 식을 이용하여 바이킹배의 주기를 구해보면1주기`=` {2 pi } over {sqrt {{9.8} over {11.3}}} APPROX 6.8초 이다. 즉, 바이킹배가 한번 왕복하는데 6.8초가 걸린다는 것이다. 이러한 진동이 20번 반복되므로수2400회쉬는시간164초1년 왕복횟수8.76*10 ^{5}(2) 바이킹에 작용하는 외력 분석1) 풍하중바이킹에 작용할 외력으로써 먼저 풍하중을 들수가 있다. 풍하중은 말그래로 바람에의하여 생긴 하중이다. 구조물에 미치는 바람의 영향은 공기의 밀도 및 속도, 구조물의 형상 및강성, 그리고 표면의 조도등에 좌우된다. 기본적으로 바람의 속도압 q는 그 운동에너지로 정의된다. 즉 공기의 밀도rho =0.12464kg/m ^{3}이므로 풍속 V를 m/sec로 나타내면 다음과 같이 된다.q`=` {1} over {2} pv ^{2} `=`0.06232v ^{2} 여기서q는 풍속에 연직한 평면에 작용하는 속도압이된다. 설계시 사용하는 풍압은 풍속의 함수인 속도압q에 구조물의 형식과 형상의 함수인 풍력계수C를 곱한 값으로 표시된다.p = C BULLETq 구조물에 대한 최대설계풍속v는 이론적으로는 그 지방의 풍속에 관한 과거기록에 기초하여 통계적으로 구해야 하지만, 정확한 풍속은 지리적인 위치와 고도에 따라 달라지므로, 일반적으로 시방서에 주어진 풍속대 지도로부터 구한다. 이러한 풍속지도의 기본풍속은 각지역 기상대의 장기간 풍속기록에 근거를 두고 통계적으로 유도한 통상 50년 또는 100년 재현기간의 지상 특정고도에서의 최대풍속을 나타내고 있다. 우리나라에서는 교량의 경우 지역에 따라30m/s SIM 55m/s를 기본 설계풍속으로 사용하고 있다. 풍속은 고도에 따라 증가하므로 지상고도는 매우 중요하다. 구조물이 높으면 높을수록 더 큰 풍하중이 작용하게된다. 풍력계수는 바람에 의한 구조물의 공기역학적 특성에 관한 세밀한 연구또는 풍동 실험에 근거를 두고 있다. 도로교 시방서에서는 풍하중을 다음과 같이 산정하도록 하고 있다. 즉 구조물의 정적설계를 위한 단위 면적당 작용하는 풍하중p는 설계기준풍속V _{d}, 공기밀도rho , 항력계수C _{d} 및 거스트 응답계수G를 사용하여 다음 식에 의하여 구한다.p`=` {1} over {2} rho V ^{2 _{d}} C _{d} 배는 옆의 그림과 같은 진자 운동을 할 것이다. 점 O지점에 걸리는 힘이 바이킹의 연결봉에 걸리는 힘이다. 이때 바이킹의 연결봉에 걸리는 최대힘은 진자가 B지점에 있을 때 이다. 진자가 B지점에 있을 때 속도는 에너지 보존의 법칙을 이용하여 구할 수가 있다. 높이 H는r-rcos theta 이다. 바이킹배가 최대로 올라갈때의theta 를 80 ?로 정하였다. 이를 이용하여서 진자가 B지점에 있을때의 속도를 구할 수가 있다.mgh _{c} = {1} over {2} mv ^{2} 즉,g*r*(1-cos theta )= {1} over {2} v ^{2}이다. 여기에 r=11.3m, g=9.8theta =80 ?를 대입해보면 속도V가 나온다. 속도V _{max}는 13.5m/s가 나온다.이 속도를 가지고 진자의 O지점에 걸리는 힘, 즉 바이킹의 연결봉에 걸리는 힘을 구할수 있다. 힘F _{y} `=`m*g*cos theta `+` {m*v ^{2}} over {r} cos theta 이다. 이 식에 바이킹의 제원과 위에서 구한 속도V _{max} =13.5m/s값을 대입하면 바이킹의 연결봉에 걸리는 힘을 구할수 있다. 바이킹의 연결봉에 걸리는 힘은F _{max} =23.6*(9.8+ {13.5 ^{2}} over {11.3} )=611.9kN 이 된다.힘 F는 아래 그림의 (1)과 (2)에서 절반씩 나누어져서 들어간다. 즉 (1)과 (2)에서305.95kN씩 하중이 부여된다.위의 바이킹 지지대를 역학적으로 해석해 보겠다.먼저 보 전체를 자유물체로 고려한 후, 반력을 구하여 보겠다.+?sum _{} ^{} M _{A} =0`:`2 TIMES 305.95kN``+`4 TIMES 305.95kN`-6 TIMES F _{B} =0`` -> `F _{B`} =305.95kN`+?sum _{} ^{} M _{B} =0`:`2 TIMES 305.95kN``+`4 TIMES 305.95kN`-6 TIMES F _{A} =0`` -> `F _{A`} =305.95kN` A와 B지 {r} sin theta #```````````=` {m(v _{max} ^{{} ^{2}} -2gl(1-cos theta )sin theta } over {r}이 된다. 여기에 엑셀을 통해서 0 ? 부터 80 ?까지 대입하여서F _{x}가 최대가 되는 힘을 구하였다.F _{x}가 최대가 되는 각도는 41 ?가 된다. 이 각도를 가지고 연결봉에 X쪽으로 걸리는 힘을 구해보겠다.X방향으로 연결봉에 걸리는 힘은 Y방향으로 걸리는 힘을 구하는 공식과 동일하다. 그래서 나머지 과정은 생략하고 visual SolidMech 프로그램을 이용하여 연결봉에 걸리는힘에 의해서 생기는 모멘트선도와 전단력선도를 그려보겠다.최대F _{x}에 의해서 생기는 최대 굽힘 모멘트는 175kN 이다. 그리고 이때 생기는 처짐은3.42 TIMES 10 ^{-6}이 되는 것을 알수가 있다.X방향Y방향최대힘의 각도41 ?최대힘의 각도0 ?F _{max}175kNF _{max}611.9kN처짐3.42 TIMES 10 ^{-6}처짐1.19 TIMES 10 ^{-1}③ 풍하중다음으로 바이킹 봉에 걸리는 풍하중을 고려해 보겠다. 풍하중을 구하는 공식은P`=` {1} over {16} TIMES V ^{2} TIMES C 가 된다. 여기서P = 유효투영 면적당 풍하중 이고V는 설계풍속 C= 저항계수가 된다. 여기서 설계풍속V는 100년간 재현풍속과 태풍을 고려하여 선정하였다.위의 표를 보면 각 지역의 100년 재현기대풍속을 알수가 있다. 나는 바이킹을 서울 즉, 내륙지역에 설계를 할 것이다. 서울의 100년 재현기대풍속은 25.73m/s가 된다. 우리는 설계를 할때에 최대값을 고려해 주어야 한다. 그러므로 태풍이 불었을때에도 고려를 해주어야 한다.(기상청 자료) 태풍이 가장 세게 불었을 경우가 44m/s이상이다. 그래서 나는 태풍의 속도를 고려하여 최고 바람의 속도를 50m/s로 정하였다. 위의 바람의 속도를 가지고 풍속압을 구해주었다. 이 된다. 봉의 형태가 지주 형태이므로 저항계수를 0.7로 정하였수)`

공학/기술| 2008.12.07| 20페이지| 2,500원| 조회(2,588)

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■ 목 차 ■1. 문제의 정의 ------------------------------------------------- 22. 개념적 설계 ------------------------------------------------- 21) 브레인 스토밍2) 프리핸드 스케치3. 제품 설계 --------------------------------------------------- 81) 최종대안2) 부품결정3) 제작과정4) 제작 및 개선 과정4. 제작 및 개선 과정 ------------------------------------------ 105. 고찰 ------------------------------------------------------- 111. 문제의 정의양초자동차의 규정양초의 크기 직경 5mm, 길이 50mm차는 스스로 움직이기 시작 해야 함 (자동 시동)제작 비용 5만원 이하트랙과 안내선 없음.시작 점과 종착역의 총 위치에너지 변화=0크기, 모양, 작동 방식의 제한은 없음.2. 개념적 설계생일초 3개를 사용하여, 움직이는 자동차를 설계한다. 주 화력이 되는 생일초를 제외한 나머지 제한조건은 없으며, 연료로는 물 또는 알코올 등이 사용가능하다.일단 기본적 개념설계에서, 엔진과 차체 2가지로 나누어서 생각을 하였다.- 스털링 엔진엔진을 만든 후, 그에 맞는 차체를 제작하기로 결정하였다. 초 3개의 화력으로 갈 수 있 는 엔진을 생각해 본 결과, 스털링 엔진을 생각하였다. 스털링엔진에 관련된 여러 가지 자료를 찾아본 결과 캔과 고무풍선, 그리고 발사나무를 이용한 스털링엔진을 찾아내었다.엔진을 완성한 후 차체를 생각하기로 하였으므로 스털링 엔진우선 설계가 시급하였다.- 증기압을 이용한 엔진스털링엔진이 실패로 돌아가면서, 다른 방법을 모색하였다. 그 결과 가장 무난한 엔진인증기압과 주사기피스톤을 이용한 엔진을 생각하게 되었다. 이 엔진은 스털링 엔진에 비하 여 단점이 많은 엔진이었지만 일단 결과물을 내는 데 주력하기로 결정하고 제작에 들어갔 다. 스털링(brainstorming)1주차첫 주차에 우리팀원은 모여서 양초로 가는 자동차를 만들기 위한 아이디어 회의를 하였다. 회의 방식은 브레인스토밍(brainstorming)으로 모두가 차례로 아이디어를 제출하여 그 중에서 최선책을 결정하기로 하였다. 서로의 아이디어를 비교 분석한 결과 종민이형이 낸 스털링엔진이 가장 그럴 듯 해보여서 스털링 엔진을 우리조의 엔진으로 하기로 결정하였다. 먼저 인터넷으로 필요한 부품을 주문을 하였다. 그리고 기본적인 설계를 하였다. 3일 뒤에 우리가 필요한 부품이 와서 서로 시간을 내서 스털링엔진을 만들어 보았다. 스털링 엔진을 만들기 하지만 예상과는 달리 스털링엔진은 정교한 작업이 필요한 엔진이었다. 철사 하나하나 구부리는 대에도 조금의 오차만 생겨도 잘 돌아가지가 않았고, 합판에 철사를 끼워 넣기 위해 구멍을 조금만 크게 뚫어도 합판이 약해서인지 판이 반으로 갈라지는 현상을 나타내었다. 그리고 어렵게 완성을 하긴 했지만 엔진의 시연을 해본 결과 조금이라도 움직일 기미가 보이지 않았다. 그리고 한 가지 치명적인 단점이 있었는데, 스털링 엔진을 구동시키려면 촛불을 붙이고 초기의 힘을 주어야 하는데, 그것은 촛불을 붙이고 차체를 건들면 안된다는 규정에 어긋나는 것이었다. 여러 차례의 시행착오를 경험한 끝에 스털링 엔진으로는 차를 가게 하기 힘들다는 것과, 만약 가더라도 다른 조에 비해 경쟁성이 없다는 것을 알았다.(우리가 이 엔진을 만들 당시에 차를 완성한 조도 있었고, 심지어 10m 이상을 갔다는 조도 있었다.) 그래서 우리 조는 과감하게 스털링 엔진을 포기하고 다른 엔진을 만들기로 합의를 하였다.2주차이 주차에 우리팀원들은 다시 모여서 양초로 가는 자동차를 만들기 위한 아이디어회의를 다시 하였다. 많은 여러 가지 방법을 생각해 보았지만 큰 힘을 얻기 위해서는 작년에 우승한 자동차의 엔진을 만드는 것이 가장 좋을 것 같다는 의견에 도달하게 되었다. 그래서 작년에 우승팀의 핵심 멤버인 용선이에게 엔진의 구동원리에 대해서 간략하게 설명주사기를 이을 관을 만든 후 동관과 관을 산소 용접을 하였다. 하지만 관이 길어서 물이 잘 들어가지 않았고 그리고 무엇보다 증기를 가열하였을 때에 증기가 나오는 것이 아니라 물이 나오는 것이 가장 큰 문제였다. 또 다른 문제에 봉착한 것이다.3주차3주차에 우리팀원은 다시 모여서 피스톤 엔진의 효율을 높이기 위한 방법에 대해서 다시 아이디어 회의를 시작하였다. 우리들은 우리의 엔진의 관이 너무 긴 것이 문제점이라고 생각하고 관을 짧게 자르고 관과 주사기 입구 부분을 불에 타지 않는 관을 연결하였다. 이렇게 바꾸니 동관에 물도 전보다 잘 들어갔다. 실험을 해보니 드디어 차가 굴러 갔다. 우리팀원들은 너무 기뻐서 환호의 환성을 내질렀다. 하지만 여기에 문제점이 있었다. 우리 조는 증기를 만들 액체로 물을 사용하였는데 이럴 경우 물을 끓이는 데에 너무 많은 시간이 소모 되었다. 그래서 우리는 액체를 물보다 끓는점이 낮은 메탄올로 바꾸었다. 메탄올로 바꾸고 나니 피스톤 엔진이 힘도 전보다 좋아졌고 그리고 무엇보다 좋은 점은 물보다 훨씬 빨리 끓어서 짧은 시간에 차를 움직이게 할 수 있었다. 이제 마지막 문제는 거리였다. 우리가 엔진을 완성하였을 쯤에 다른 조들은 자동차들은 이미 엄청난 거리를 가고 있었다. 그래서 우리는 경쟁에서 이기기 위해서 자동차의 주행거리를 늘릴 필요가 있었다. 그 방법으로는 두 개가 있다. 첫 번째는 바퀴의 크기를 크게 하는 것이고 다음은 기아 비를 크게 하여서 좀 더 많은 바퀴회전을 만드는 것이다. 우리는 두 가지 모두를 다 실행시키기로 하였다. 바퀴는 바퀴 옆에 CD를 붙여서 바퀴의 크기를 크게 하였다. 이럴 경우 우리 차는 10m정도 가게 되었다. 하지만 이정도로는 시합에서 이길 수가 없었다. 그래서 기아 비를 높였는데 이럴 경우에 피스톤에 너무 많은 하중이 가해져서 기아가 헛도는 현상이 발생하였다. 이것이 큰 문제였다. 우리는 시연 전날 다시 모여서 이 문제를 해결하기로 하였다. 시연 전날인 일요일 하루 종일 이 문제를 해결하기위해서 서로pansion): 공기가 가열되면 팽창하여 주사기 피스톤을 밀어올린다.3,냉각(Cool): Piston이 내려오면 가열된 공기가 위로 올라가 냉각된다.4,수축(Compression): 공기가 냉각되면 부피가 줄어들어 주사기 피스톤을 내린다.원리와 이론을 인터넷과 도서관에서 빌린 서적을 통해 학습을 한 후 도면을 인터넷을 참고해서 작도하였다.이 도면과 3D 화면을 기반으로 제작에 들어갔다. 하지만 예상과는 달리 정교한 작업이 필요한 엔진이었다. 철사 하나하나 구부리는 대에도 조금의 오차만 생겨도 잘 돌아가지가 않았고, 합판에 철사를 끼워넣기 위해 구멍을 조금만 크게 뚫어도 합판이 약해서인지 판이 반으로 갈라지는 현상을 나타내었다. 그리고 어렵게 완성을 하긴 했지만 엔진의 시연을 해본 결과 조금이라도 움직일 기미가 보이지 않았다. 그리고 한 가지 치명적인 단점이 있었는데, 스털링 엔진을 구동시키려면 촛불을 붙이고 초기의 힘을 주어야 하는데, 그것은 촛불을 붙이고 차체를 건들면 안된다는 규정에 어긋나는 것이었다. 여러차례의 시행착오를 경험한 끝에 스털링 엔진으로는 차를 가게 하기 힘들다는 것과, 만약 가더라도 다른조에 비해 경쟁성이 없다는 것을 알았다.(우리가 이 엔진을 만들 당시에 차를 완성한 조도 있었고, 심지어 10m 이상을 갔다는 조도 있었다.)2. 주사기를 이용한 증기 피스톤 엔진에 웜기어를 이용한 자동차제작.스털링 엔진을 제작하면서 수많은 시행착오를 겪은 후에 이 시스템은 적합하지 않다는 것을 깨달았고, 새로운 엔진을 제작하기로 정하였다. 그런 와중에 작년에 1등을 한 04학번 김용선 군의 조언을 참고해서 증기 피스톤 엔진에 웜기어를 장착한 시스템을 개발하기로 하였다.우선 카티아를 이용하여 개략적인 도면을 제작해 그 도면을 바탕으로 필요한 물품들을 다시 구입하였고(사실 구입 금액의 70%가 과학상자를 구입하는 것에 들었다.) 동관 엔진을 만들기 위해 동관에 얇은 관을 붙여 산소 용접을 하였다. 증기 피스톤 엔진은 스털링 엔진과는 달리 카티아로 설계한 이론퀴 -> 1. 과학상자의 바퀴2. CD3. 하드보드지 직접 제작3) 제작과정* 엔 진1차 제작엔진2차 제작엔진엔진을 처음 제작하였을 때 증기가 제대로 나오지 않았다. 그래서 좀 더 효율을 높이기 위한 방안으로 단면적을 넓혀 열 전달력을 높였다. 물이 빨리 끓긴 했지만 증기가 나오기 전에 물이 주사기의 반을 밀어 버렸다. 구조상의 문제가 크다고 판단했지만 구조를 바꾸기에는 무리가 있어 다시 1차 제작방안을 선택했고 열에 녹지 않는 실리콘 튜브를 이용하니 증기를 제대로 주사기로 전달할 수 있었다. -> 1차 방안 선택* 주사기증기의 세기에 최대한 효율이 좋은 크기를 선택하기 위해 작은 주사기, 큰 주사기를 몇 번이나 떼어가며 바꿔봤는데 최종적으로 큰 주사기를 달아도 충분할 만큼의 증기를 얻을 수 있었다. -> 큰 주사기로 선택* 바 퀴과학상자내의 바퀴, cd, 하드보드지로 직접 제작바퀴의 크기가 조금만 커져도 자동차는 움직이지 않았다. 바퀴의 크기가 기어비만큼 동력에 큰 힘을 요구한다는 사실을 알았고 점점 바퀴를 키워가며 가장 효율 높은 크기를 선택.4) 제작 및 개선 과정* 1차 제품 : 과학상자용 바퀴 사용 (cd 의 반정도 크기)결과 : 8m 이동개선점 : 기어 비를 늘리고 바퀴크기를 키워야 함* 2차 제품 : cd 사용결과 : 17m 이동문제점 : 짧은 이동거리, 기어비를 늘리면 평기어와 맞물린 첫 번째 기어 에 너무 많은 힘이 작용하여 헛도는 현상발생개선점 : 기어의 종류를 바꿈, 기어의 재구성* 3차 제품 : 하드보드지로 제작 바퀴사용 (cd 의 1.5배 크기)결과 : 27m 이동문제점 : 직선운동이 힘 듬, 잦은 실패율기어 비를 높이거나 바퀴를 키우면 평기어가 헛도는현상이 계속적으로 발생개선점 : 주사위와 평기어를 최대한 일자로 구성(결국 해결하지 못함)* 최종 결정 :기어와 바퀴를 수차례 바꿔가며 증기와의 효율을 조정하였 지만사위가 평기어를 최대한 수평하게 제작하는 데는 실패하였다.안정성을 고려하여 1차시도 때는 cd를 바퀴로2차시도 시는 바퀴크기를컸다.

공학/기술| 2008.12.07| 12페이지| 2,000원| 조회(1,214)

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