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모터의 출력과 회전수가 주어졌을때 각요소를 설계 평가A+최고예요

응용기계설계 과제(3)◇그림과 같은 자동차의 동력전달장치에서 모터의 출력[kW] 및 회전수[rpm]가 표와 같을 때 다음을 결정하시오.과제번호모터의 동력[kW]모터의 회전수[rpm]비고3-131000학번의 끝 숫자가 0, 1인 학생(1) 모터 출력축의 지름을 결정하시오.(축 재료의 선정 후 결정)* 축의 재료 선정재질 : KSD4101의 SC360 (탄소강 주강품, Carbon steel castings)종류와 기호적용SC 360일반 구조용, 전동기 부품용SC 410일반 구조용SC 450일반 구조용SC 480일반 구조용기계적 성질종류와 기호항복점[N/mm^2]인장 강도[N/mm^2]연신율[%]단면 수축률[%]SC 360175 이상360 이상23 이상35 이상SC 410205 이상410 이상21 이상35 이상SC 450225 이상450 이상19 이상30 이상SC 480245 이상480 이상17 이상25 이상축의 허용전단응력- SC360의 기준항복응력 :180`N/mm ^{2}- 『한국산업공단 안전기계기구 안전인증기준통합』에 의하여 허용전단응력 값은기준항복응력/sqrt {3}이다.허용전단응력(tau _{eqalign{s#}}) ={180} over {sqrt {3}} =103.9`N/mm ^{2}모터 출력축의 지름 dT=974000 TIMES {7} over {1000} =6818``kg _{f} BULLET mm=66885`Nd`= root {3} of {{16T} over {pi BULLET tau _{a}}} = root {3} of {{16 TIMES 66885} over {pi TIMES 103.9}} =14.86``mm∴ d = 15 mm(* 자동차의 스타트 모터는 주로 피니언의 지름으로 치수를 정하기 때문에 모터 출력축의 표준 치수는 구할 수 없었다.)(2) 모터축에D _{1}=120 [mm],D _{2}=180 [mm]의 다판 마찰 클러치를 설치할 때 필요한 마찰판의 장수를 결정하시오.(클러치 재료의 선정 후 결정)* 클러치 재료 선정 클러치의 실용 {D _{2`} `-`D _{1}} over {2} ``=``30``mmz``= {4T} over {mu sigma _{a} pi bD _{m} (D _{1} +D _{2} )} `=` {4 TIMES 66885} over {0.1 TIMES 1 TIMES pi TIMES 30 TIMES 150 TIMES 300} `=`0.63`∴ z = 1장(3) 구동풀리의 지름 d = 300[mm]이고, 속도비가 3 : 1일 때 벨트의 두께 t = 12[mm]로 할 때 벨트의 폭과 벨트의 길이를 결정하시오.(벨트재료 및 이음효율 결정 후)* 벨트 재료 선정< 표 11-2 > 벨트의 인장 강도벨트의 종류인장 강도[kgf/mm ^{2}]허용 장력[kgf/mm ^{2}]가죽 벨트2.5~3.50.25~0.35면직벨트한 장으로 된 것4.6~6.00.2~0.25두 장으로 된 것3.5~5.50.2~0.25고무 벨트4.0~4.50.2~0.25강철 벨트130.0~150.012.5< 표 11-3 > 이음효율eta이은 방법효율[%]아교로 겹쳐 붙였을 때80~90쇠줄로 꿰맸을 때85~95가죽 끈으로 꿰맸을 때약 50연결용 쇠붙이를 썼을 때30~65㈀ 벨트의 길이 LD _{2} ``:`D _{1} ``=`3``:`1 →D _{2} ``=`3D _{1}D _{1`} `=`300``mm,D _{2`} ``=``900``mm,C````=`5000``mmL`=`2C``+` {pi } over {2} (D _{1} +D _{2} )``+` {(D _{2} -D _{1} ) ^{2}} over {4C} `#``````=`2 TIMES 5000``+` {pi } over {2} (300`+`900)``+` {(900-300) ^{2}} over {4 TIMES 5000} ``=`11903``mm∴ L = 11903 mm㈁ 벨트의 폭 beta = 85 %로 결정.벨트의 원주 속도v``=` {pi DN} over {60000} ``=` {pi TIMES 300 TIMES 1000} over {60000} ``^{2} ``=320.83`+`0.1A``[N](rho = {gamma } over {g} = {1000``[kg _{f} /m ^{3} ]} over {9.807````[m/s ^{2} ]} =102`[kg/m ^{3} ])가죽벨트의 허용응력sigma _{a} ``=``0.25``kgf/mm ^{2} `=`2.45`N/mm ^{2}로 잡으면,T _{t} ``=` sigma _{a} A eta ``=2.45 TIMES A`` TIMES 0.85``=`2.083A320.83``+``0.1A``=``2.083A →A``=``161.8``mm ^{2}b``=` {A} over {t} ``=` {161.8} over {12} ``=13.5``mm 전달동력이 작아 벨트의 유효장력이 작게나왔고 벨트의∴ b = 14 mm 두께가 12로 정해져 있었기 때문에 벨트의 폭이 작다.(4) 헬리컬 기어의 비틀림 각이30 DEG 이고, 피치원의 지름은 160[mm], 이직각 모듈m _{n} = 5로 할 때 기어 축에 작용하는 추력을 계산하고, 이 추력이 받는 스러스트 슬라이딩 베어링의 칼라의 바깥지름을 결정하시오.(가) 축방향 하중(추력)P _{t}구동폴리의 속도가 3:1 이기 때문에 모터의 회전수 1000 rpm의 1/3 배 가 되므로 N = 333 rpm피치원의 원주속도v= {pi DN} over {60 TIMES 1000} = {pi TIMES 160 TIMES 333} over {60 TIMES 1000} =2.78``m/sP``=` {1000H prime } over {v} ``=` {1000 TIMES 3} over {2.78} ``=`1079``N축방향 하중(추력)은P _{s} ``=`P`tan beta ``=`1079 TIMES tan30 DEG =`623``N∴P _{s} = 623 N(나) 스러스트 슬라이딩 베어링의 칼라의 바깥지름d _{2}기어축의 직경을 위에 1번에서 구한 15 mm, 베어링의 재질을 연강과 주철 p=2 [N/mm{} ^{2}]로 가정한다. v는도 계수f _{v}-문제 (4)의m _{n}을 이용하여m _{s}를 구한다. →m _{s} ``=` {m _{n}} over {cos beta } ``=` {5} over {cos30 DEG } ``=`5.77`` REIMAGE `6-문제 (4) 에 의해서 피치원주속도는v _{} =2.78``m/s (저속용) 속도계수f _{v}적용범위속도계수f _{v}기어의 다듬질 정도적용 예저속용v=0.5~10[m/s]f _{v} = {3.05} over {3.05+v}거칠은 면크레인, 윈치, 시멘트 밀등중속용v=10~20[m/s]f _{v} = {6.1} over {6.1+v}기계 다듬질전동기, 일반기계, 정밀기계고속용v=20~50[m/s]f _{v} = {5.55} over {5.55+ sqrt {v}}정밀 다듬질증기터빈, 송풍기-f _{v} = {3.05} over {3.05+ sqrt {v}} = {3.05} over {3.05+ sqrt {2.78}} =`0.647(다) 하중 계수f _{w} 하중계수f _{w}하중 상태하중 계수f _{w}비교적 정적인 경우0.80변동하는 경우0.74충격을 수반하는 경우0.67- 하중 상태는 비교적 정적인 경우라 가정하고f _{w} = 0.80으로 한다.(라) 피치p _{}-p _{} =m _{} pi =6 TIMES pi =18.85``mm(마) 치형 계수 y- 치형 계수를 선정하기 위해서 압력각(α)를 결정해야 하는 데 아래표를 참고하여 압력각을 선정할 수 있다. 언더컷 방지를 위한 기어의 최소한계 잇수압력각(α)피니언의 잇수(Z _{1})기어의 잇수(Z _{2})잇수비(Z _{2}/Z _{1})물림률(ε)14.5°24321.331.911.8525401.601.961.8626522.002.001.88- 기어의 잇수(Z _{2})가 36개 이므로 기어의 잇수가 제일 유사한 피니언의 잇수(Z _{1}) 24개를 선택해서 압력각은 14.5°로 선정한다. 선정된 압력각으로 치형계수 y를 구해보면, 평기어의 피치기준 치형계수 y의 값잇수지름, 변또는 맞변 40mm 이하의 봉강SS 590기계적 성질종류와기호항복점 [N/mm^2]인장강도[N/mm^2]굽힘성강재의 두께 [mm]굽힘 각도안쪽반지름16 이하16~4040~100100~SS 400245이상235이상215이상205이상400~510180 ^{ DEG }두께의1.5배볼트에 생기는 전단 비틀림 모멘트를 이용하여 응력tau _{b}를 구한다.T _{B} ``=`` {z pi d _{1} ^{2} tau _{b} D _{B}} over {8} →tau _{b} ``= {8T _{B}} over {z pi d _{1} ^{2} D _{B}}이를 구하기 위해d _{1``,``} T _{B} ``,``D _{B} ``,``z`을 구한다. 플랜지 고정 커플링 각부의 치수(KS B 1551) (단위 : [mm])커플링 바깥지름 ADLCBFHK볼트수 z(개)볼트지름delta최대 축구멍 지름최소 축구멍 지름1*************18**************************14- '참고사항' 삭제- 볼트수 6개에 해당하는 볼트지름은delta ``=``14``mm 이다. 미터 보통 나사의 기준치수(KS D 0201) (단위 : [mm])나사의 호칭피치 P접촉 높이H _{1}암나사골지름 D유효지름D _{2}안지름D _{1}1 란2 란3란수나사바깥지름 d유효지름d _{2}골지름d _{1}M 1421.08314.00012.70111.835M 1621.08316.00014.70113.835M 182.51.35318.00016.37615.294- 바깥지름이 14mm인 M14를 선택한다.- M14에 대한 골지름d _{1} ``=``11.835``mm 이다.d _{1} ``=`11.835``mm,T _{B} ``=`9549000 TIMES {3} over {111} ``=`258081``N` BULLET `mm,D _{B} ``=`50``mm,z``=``6tau _{b} ``= {8T _{B}} over {z pi d _{1} ^{2} D _{B}}=`` {8 TIM``#

공학/기술| 2010.12.12| 12페이지| 2,000원| 조회(550)

설계, 기계설계, 벨트, 구동풀리의 지름, 속도비

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강화 플라스틱

목차1. 복합 재료의 소개1.1 FRP의 역사1.2 FRP의 특성1.3 FRP의 용도2. FRP의 구성요소2.1 수지2.2 강화재2.3 강화 섬유 직물의 구분2.4 Core 재료2.5 부자재3. FRP의 성형법3.1 복합재료 성형의 3요소3.2 핸드 레이업(Hand Lay-up)법3.3 스프레이 레이업(Spray Lay-up)법3.4 레진 인젝션(Resin Injrction)법4. FRP의 가공4.1 기계가공4.2 FRP의 연결4.3 FRP 배관의 설계와 시공4.4 FRP 도장5. 참고자료1. 복합 재료의 소개복합재료는 두 가지 이상의 독립된 재료가 서로 합해져서 보다 우수한 기계적 특성을 나타내는 것을 의미한다. 가장 일반적인 형태는 기지(Matrix) 재료가 섬유 형태의 강화재와 결합하는 것이다. 이런 복합재료는 구성되는 재료에 의해 다음과 같이 구분될 수 있다.1) 고분자 복합재료(Polymer Matrix Composites, PMC`s)최근의 산업 현장에서 가장 많이 사용하고 있는 복합재료이기도 하다. 흔히 FRP, GRP혹은 Fiber Glass Reinforced Plastic으로 명칭되는 복합재료가 이에 속한다. 고분자수지의 기지 위에 섬유상의 강화재인 유리, 탄소 및 아라미드 섬유를 사용하여 기계적 특성을 갖도록 한다.2) 금속 복합재료(Metal Matrix Composites, MMC`s)주로 자동차 분야에서 활용도가 증대하고 있는 복합 재료이다. 주로 알루미늄의 기지위에 실리콘 카바이드(Silicon Carbide)등의 섬유상 물질을 사용하여 강도를 증대 시킨다.3) 세라믹 복합재료(Ceramic Matrix Composites, CMC`s)매우 고온에서 사용되는 특수 용도의 복합재료이다. 세라믹 기지 위에 실리콘 카바이드(Silicon Carbide)나 보론 카바이드(Boron Carbide)를 짧은 섬유상 혹은 휘스커(Whisker)상으로 만들어 보강재로 사용한다.1.1 FRP의 역사FRP(Fiber Glass Reinforced Pl않는다.5) 단열성열전도율이 철의 약 1/200 정도로 낮고 단열성이 양호하므로 대개의 경우 별도의 보온 보냉이 필요 없다.6) 제품 형상의 자유뛰어난 성형성과 다양하게 개발된 각종 성형 방법으로 인해 제품의 형상이 자유롭고 대량 생산도 가능하다.7) 유지, 보수의 편리성제품 자체의 가격이 저렴하고 국부적인 보수 작업이 가능하여 손쉽게 유지 보수를 시행할 수 있다.8) 제품의 안전성금속이온을 사용하지 않으므로 내용물에 금속이온의 용출이 없고 품질 변동이 전혀 일어나지 않는다.1.3 FRP의 용도복합재료는 철강, 목재, 콘크리트 및 기타 일반 플라스틱 소재보다 가볍고 강성, 내구성이 좋아 다양한 분야에서 사용되고 있다. 이러한 특성으로 운송분야, 건축 및 사회간접 시설 분야, 선박분야, 항공분야 및 레저분야에 주로 사용되며 절연성 및 광전도성 등의 특성으로 전기 절연재료와 광섬유재로로도 널리 사용되고 있다.1) 차량 및 운송분야자동차, 버스 트럭에서 철도차량까지 성능과 내구성을 높이고 비용을 절감할 뿐 아니라 경량화를 실현하여 연로를 절약할 수 있다. 복합재료는 철, 알루미늄보다 가볍고 강하며 부식이 없어 금속부품의 대체가 예상된다. 국내에서 시판된 스포츠카인 엘란의 경우에는 차체 외관이 FRP로 이루어져 있다. 아래 그림은 좌측이 FRP 차체로 제작된 국산 스포츠카 엘란이며, 우측의 그림은 철도 차량의 의자와 내장재에 적용된 FRP이다. 이외에도 비행기 내부 내장재 등 우리가 미처 인지하지 못하는 많은 운송 분야에 FRP가 적용되고 있다.2) 건설 및 사회 간접 시설분야FRP는 내외벽 판넬, 저장탱크, 프렌지, 그레이팅, 교량, 파이프 및 보강재 등의 시설물 및 인공 조형물, 대형 구조물의 제작 등 다양한 형태로 사용되고 있다. 무게가 철강에 비해 약 40% 정도밖에 되지 않아 설치시간이 단축되며 철강과 달리 탁월한 내 부식성으로 수분에도 강하고 균열이 일어나지 않는다. 예전에는 주로 대형 건물에 설치되는 물탱크의 용도로 많이 사용되었으나, 최근 들어 건물 외있는 것으로 건축물의 벽면과 같은 것이다. 뛰어난 내식성과 내열성을 갖춘 수지를 활용하면 단순한 구조적 역할의 특성뿐만 아니라, 매우 우수한 화학적 특성을 나타내는 기자재의 제작도 가능하다.※ 수지의 특성FRP에 사용되는 수지는 다음과 같은 기본 특성을 가져야 한다.· 우수한 기계적 특성(Good Mechanical Properties)· 우수한 접착성(Good Adhesive Properties)· 우수한 인성(Good Toughness Properties)· 우수한 경년 열화 저항성(Good Resistance to Environmental Degradation)1) 수지의 기계적 특성이상적인 수지는 최고의 인장강도를 보여주고 있으며, 변형에 대한 저항성이 매우 크다. 이러한 특성을 가진 수지는 이론적으로 취성에 의한 파괴가 잘 일어나지 않아야 한다.2) 수지의 접착성수지와 섬유 강화재 사이에 강한 부착력은 FRP에서 매우 중요한 성질이다. 섬유과 수지사이의 강한 결속력은 주어진 응력을 적절하게 분산시켜 균열과 절단이 발생하지 않도록 한다.3) 수지의 인성FRP에서 얘기하는 인성은 균열의 전파에 저항하는 복합재료의 특성을 의미한다. 재료의 인장-변형 곡선에서 선 아래쪽의 면적의 총합은 그 재료가 파단할 때까지의흡수된 에너지를 의미하며, 이는 곧 인성으로 평가할 수 있다. 따라서 FRP의 인성은 인장-변형 곡선의 아래쪽 면적을 통해 간접적으로 평가할 수 있으며, 직접 시편에 충격시험을 적용하여 충격 흡수 에너지로 인성을 평가한다.4) 수지의 경년 열화 저항성FRP의 가장 큰 단점중의 하나는 자외선 등의 환경적인 요인에 의해 열화하여 초기의 기계적 특성을 잃어 버리게 된다는 것이다. 또한 반복되는 하중에 의해서도 기계적 특성이 저항하는 경향이 있다. 우수한 수지는 이러한 외부 환경적인 요인에 대해 저항성을 가지고 있어야 한다.2.2 강화재FRP용으로 사용되고 있는 주요 섬유는 유리섬유(GF), 탄소섬유(CF), 보론섬유(BF)등의 무기계 섬유 외에 AF, PE상 등을 목적으로 한 충전제가 있다.일반적으로 Matrix 수지는 반응 개시, 생장 반응, 정지 반응 등의 과정을 거치면서 경화하지만 촉매는 스스로가 분해하여 생기는 래디칼(Radical)에 의해 반응을 개시시키는 역할을 담당하고 있다. 또 촉진제는 촉매의 분해를 도와 경화를 촉진시키는 화학 물질이지만, 이의 역할과는 별도로 화학 반응의 촉진은 열이나 자외선 등에 의해 더욱 가속화 된다.이밖에 FRP 제품의 상품가치를 높이기 위하여 첨가되는 안료나 표면 층의 형성에 사용되는 Gel Coat 등이 있다. 또 성형 시에 사용되는 부자재로서 FRP 성형물을 형틀(Mold)로부터 쉽게 떼어낼 수 있도록 하는 이형제가 있다. 통상적으로 사용되는 이형제는 필름이나 왁스에 의한 외부 이형제 외에 매트릭스(Matrix) 수지에 혼합하여 사용하는 내부 이형제 등이 있다.3. FRP의 성형법FRP는 다른 공업 재료와는 달리 소재로부터 제품까지 하나의 흐름 속에서 제조할 수 있으며, 그 크기와 모양의 제한이 거의 없는 재료이다. 그렇기 때문에 상품의 형상이나 요구 성능에 따라 다양한 성형 방법이 개발되어 실용화 되고 있다.성형법은 상온 경화에 의한 접촉압 성형법이 가장 기본적인 것으로서 성형 틀의 한 면을 사용하여 형상을 설정하고 섬유, 수지를 공급하는 방법으로 이것을 일반적으로 Open Mold(개방형 성형법)라고 한다. FRP의 성형법에는 여러 가지가 있으나대표적으로 3가지만 기술하겠다.3.1 복합재료 성형의 3요소복합재료의 성형의 과정을 대별하면 다음 3요소로 나눌 수 있다.1) 부형(賦形)성형을 위한 틀(Mold)의 준비 과정을 의미한다. FRP는 기본 틀을 활용하여 제작이 되므로 성형에 적합한 틀을 준비하는 것이 중요하다.2) 함침(含浸)Mold 위에 수지와 강화 섬유층을 놓고 섬유 사이 사이에 수지가 충분하게 스며들도록 하는 과정을 의미한다. 포화(Saturation), 젖음(Wet), 침투(Penetration)등으로 표면하기도 하며, 모두 동일한 의미로 해석된다.3 의존되고 균일한 품질의 제품을 대량 생산하기 어렵다.3.3 스프레이 레이업(Spray Lay-up)법1) 스프레이 레이업(Spray Lay-up)법의 개요스프레이 레이업(Spray Lay-up)법은 핸드 레이업법의 공정 중에서 스프레이 레이업(Spray Lay-up) Gun을 이용해서 수지 함침공정을 수지의 Spray로 바꾸고 강화재인 촙스트랜트 매트(Chopped Strand Mat)대신에 Roving을 적당한 길이로 절단 하면서 Mold에 동시에 Spray해서 성형하는 방법으로서, 그 외 공정은 핸드 레이업 법에 준하는 성형 방법이다. 수지 Spray시에는 촉진제가 혼합된 불포화 폴리에스터(UP)와 경화제가 Spray Gun의 각 노즐로부터 나와서 함침되면서 성형되는 과정을 거친다. 수지의 공급은 촉진제가 들어간 불포화 폴리에스터(UP)와 경화제가 들어간 불포화 폴리에스터(UP)를 조합하는 방법이 대표적이다.섬유 강화재로 사용되는 유리섬유(GF)의 공급은 Spray Gun 앞부분에서 회전하는 Cutter에 의해 이루어지며, 이 Cutter의 Blade의 조합에 의해서 Roving의 절단 길이가 달라진다.대형 성형품의 경우 핸드 레이법법으로 제작할 경우에는 촙스트랜트 매트의 겹침이 생기지만, 스프레이 레이업 방법에서는 Mat를 잇지 않고 일체성형이 가능하면서 성형능력도 향상된다. 그러나 성형 조작은 숙련을 요하며 품직적으로는 수지와 GF의 함유율 등 공정관리가 핸드 레이업법 이상으로 중요하다.2) 스프레이 레이업(Spray Lay-up)법의 특징① 핸드 레이업(Hand Lay-up)법과 비교한 장점· 유리섬유 재단공정의 절감· 복잡한 형상의 성형이 용이· 성형 능력이 좋음· 대형 성형이 용이② 핸드 레이업(Hand Lay-up)법과 비교한 단점· 설비자금이 소요된다.· 소형, 얇은 성형품의 Control이 곤란· 성형작업 공정의 관리가 어렵다.3.4 레진 인젝션(Resin Injection)법1) 레진 인젝션(Resin Injection)법의 개요금형에 압같다.

공학/기술| 2010.12.01| 22페이지| 2,500원| 조회(702)

플라스틱, 강화, FRP, 강화플라스틱

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감속기의 설계 평가D별로예요

◆ 감속기의 설계<그림 2-1>과 같은 평기어 감속기에 대하여 다음을 설계하시오.입력축은 모터에 직결되어 있으며, 모터의 동력 및 회전수는 <표 2-1>과 같다.또한 감속비는 1/20 이며, 피니언의 잇수는 24개이다. ■ 고려 사항① 이의 파괴 - 과대한 하중 작용으로 단시간에 이뿌리 부분이 파괴되는 현상을 말하고, 굽힘강도를 검토한다. 일반적으로 굽힘강도는 표면경화를 한 취성재료로 제작된 이에 대해서 고려한다.② 잇면의 손상 - 피로에 의해서 피치점 부근에서 발생하는 점부식의 일종인 피팅현상을 말하며, 면압강도를 검토한다. 면압강도는 주로 장기간 계속 운전하는 취성재료의 이에 대해서 고려한다.③ 스코링(scoring) 현상 - 잇면 사이의 미끄럼에 의해서 피로박리 및 융착이 발생하는 현상을 말하며, 마모 및 순간적인 온도 상승을 고려한 스코링 강도를 검토하여야 한다. 고속•고부하용 기어의 이에 대해서는 스코링 강도도 함께 고려한다. (4) 비틀림과 굽힘이 동시에 작용할 때 입력축의 지름 d1과 출력축의 지름 d4를 결정하시오. 단, 축 및 기어의 자중과 기어에 작용하는 반지름방향의 하중성분은 무시한다. 축의 동적효과계수는 가벼운 충격하중이 작용하고, 축 재료의 선정에 의한 허용전단응력을 사용하며, 축에 대한 키홈의 영향을 고려한다.

공학/기술| 2010.11.19| 9페이지| 2,000원| 조회(1,843)

설계, 굽힘, 비틀림, 감속기

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플랜지 커플링의 설계

[과제 1] 플랜지 커플링(flange coupling)의 설계Ⅰ. 플랜지의 볼트 및 축의 재질을 결정하시오.과제번호축 지름 [mm]회전수 [rpm]볼트 중심거리[mm]볼트의 수1-140450903(1) 볼트 및 너트의 재질1. 재질 : KS D 3503 의 SS400 (일반구조용 압연강재)종류 와 기호적용SS330강판, 강대, 평강 및 봉강SS400강판, 강대, 형강, 평강, 및 봉강SS490강판, 강대, 형강, 평강, 및 봉강SS540두께 40mm 이하의 강판, 강대, 형강, 평강, 및 지름, 변또는 맞변 거리 40mm 이하의 봉강SS590단위 : %종류 와 기호CMnPSSS330--0.050 이하0.050 이하SS400--0.050 이하0.050 이하SS490--0.050 이하0.050 이하SS5400.3 이하1.60 이하0.040 이하0.040 이하SS5900.3 이하1.60 이하0.040 이하0.040 이하2. 화학 성분3. 기계적 성질종류와 기호항복점 (N/mm)안장강도(N/mm)굽힘성강제의 두께 (mm)굽힘각도안쪽반지름16 이하16~4040~100100~SS330250이상195이상175이상165이상330~430180두께의0.5배(2) 축의 재질1. 재질 : KS D 4101 의 SC410 (탄소강 주강품, Carbon steel castings)종류와 기호적용SC 360일반 구조용, 전동기 부폼용SC 410일반 구조용SC 450일반 구조용SC 480일반 구조용2. 화학 성분단위 : %종류와 기호CPSSC 3600.20 이하0.040 이하0.040 이하SC 4100.30 이하0.040 이하0.040 이하SC 4500.35 이하0.040 이하0.040 이하SC 4800.40 이하0.040 이하0.040 이하3. 기계적 성질종류와 기호항복점(N/mm)인장강도(N/mm)연실율(%)단면 수축률(%)SC 360175 이상360 이상23 이상35 이상SC 410205 이상410 이상21 이상35 이상SC 450225 이상450 이상19 이상30 이상SC 480245 이상480 이상17 이상25 이상Ⅱ. 축 및 볼트의 허용전단응력과 허용인장응력을 결정하시오.(1) 축의 허용인장응력 ＆ 허용전단응력1. 허용인장응력◎안전계수 결정 : S = 3Unwin의 안전계수재료정하중반복하중충격하중Unwin참고편진양진강, 연강33~55812주철43.5~861015목재77~10101520벽돌,석재2014~1530--- SC410의 인장강도 : 420 N/mm(축 재료의 기계적 성질 참고)- 허용인장응력 =∴ 허용인장응력 == 140 N/mm2. 허용전단응력- SC410 의 허용인장응력 : 140 N/mm- [한국산업공단안전기계기구 안전인증기준통합] (노동부장관령 위험기계기구 의무안전인증기준고시) 에 의하여 허용전단응력 값은 허용인장응력/이다.∴ 허용전단응력() == 80.8 N/mm이므로가 되어축이 전달하는 동력을 구할 수 있다.(2) 볼트의 허용인장응력 ＆ 허용전단응력1. 허용인장응력- SS330 의 인장강도 : 330 N/mm(볼트의 기계적성질 참고)-허용인장응력 =∴ 허용인장응력 == 110 N/mm2. 허용전단응력- SS330 의 허용인장응력 : 83.3 N/mm∴ 허용전단응력() == 63.5 N/mmⅢ. 볼트의 지름을 결정하시오.◎ 축의 허용 비틀림 모멘트 : T =볼트에 생기는 전단 비틀림 모멘트 : T=여기서 볼트의 바깥지름()를 사용하는 이유는 수업시간에 전단만 작용한다고 보기 때문에 이를 적용하였다.플랜지 커플링에는 상급과 보통급의 2등급이 있는데 보통급에서는 토크는 T와 T를 고려하지만, 상급은 주로 볼트의 전단강도에 의한 토크의 전달을 고려한다. 따라서 T = T로 간주하여 아래와 같이 계산할 수 있다. (책의 내용)∴=과제에서의 조건을 다시 한 번 보면과제번호축 지름 [mm]회전수 [rpm]볼트 중심거리[mm]볼트의 수1-140450903== 12.28∴ 볼트의 바깥지름() : 12.28 mmⅣ. 볼트에 알맞은 와셔를 결정하시오.종류 : [KS B 1324] 의 3 호 에 해당하는 스프링와셔를 결정한다.종류와셔의 재질용도2호경강, 스테인리스, 연강일반용3호경강중하중용(단위 : [mm])호칭치수안지름 d단면 치수(최소)바깥지름 D(최대)시험하중kN기준치수허용차2호 나비두께()b×t3호 나비두께()b×t2호3호33.1+0.31.1×0.7-5.9-1.03Ⅴ 플랜지 커플링 각부의 치수를 결정하시오.(1) 플랜지 커플링 치수플랜지 커플링의 비례치수에 의하여여기서,는 문제에서 주어진 축의 지름이다.(단위 : cm)기호abcdefl치수6812.7181.946(2) 커플링 볼트 치수(단위 : [mm])호칭나사의 호칭1046M1*************.616.51453M1*************.9181667M*************427.7232082M*************034.62925102M*************3641.634Ⅵ 과제를 수행하며..이번 플랜지 커플링을 설계하는 과정에서 과제로 주어진 조건들만 가지고 재질을 결정하지 못하여 책에 기술 되어 있는 상급 재질(SC 400)로 결정 하였다. 그러나 동력이 주어지지 않아 축의 회전수를 이용하여 축에 전달되는 토크를 구하지 못하고 축의 허용전단응력과 극단면계수를 이용하였다. 그래서 rpm을 이용하여 축이 최대로 전달할 수 있는 동력을 구해 보았다. 상급 재질이고 rpm이 비교적 낮아 65 PS 라는 힘이 작용될 수 있었다. 다시한번 느끼지만 기계를 설계하는데 있어서 중요한 점은 기계적 오차도 매우 낮아야 하겠지만 그 기계의 용도를 알면 더욱 실용적인 설계가 가능 할 듯하다.※ 참고문헌『국가표준종합정보센터』 www.standard.go.kr

공학/기술| 2010.10.04| 8페이지| 2,000원| 조회(1,381)

기계설계, 커플링, 볼트, 축, 플랜지

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윈드터빈의 종류와 분류 & 경제성

개 요이 보고서는 풍력발전의 기초적인 배경지식 및 각각의 종류와 그의 특징,경제성을 조사한 내용을 기록한 보고서이다. 먼저 풍력에너지와 터빈 등과 같은 배경을 소개한 뒤,풍차의 종류와 그 성능을 제시한 다음 현재 경제성 수준을 언급하고 마지막에 비교와 결론으로 마무리 하겠다.(Cf, Mandarad에 관한 자료는 찾을 수 없었다.)순 서1.소 개2.풍차의 성능과 비교2-1-수직축 풍차2-2-수평축 풍차2-3-그 외의 여러 가지 분류3.경 제 성4.비교 및 결론※참고문헌1.소 개■ 풍력에너지(Wind energy)태양이 지구의 표면을 가열할 때 지구의 표면을 덥고 있는 육지, 강, 바다 등의 밀도가 달라서 태양에너지를 흡수하는 정도가 달라지고 온도차가 발생하여 주변 공기의 밀도도 달려져서 밀도가 낮은 공기는 상승하고 이를 채우기 위한 공기덩어리의 이동이 바람이다. 바람에너지를 기계적에너지 및 전기에너지로 전환하여 얻어지는 에너지. 풍력에너지도 태양에너지의 일종으로 재생에너지로 분류된다.■ 풍력터빈(Wind turbine)바람의 운동에너지를 기계적 운동을 거쳐 전기에너지로 변환하는 장치이다. 풍력터빈의 과정을 살펴보면 바람을 받아들이는 로터가 있고, 축회전을 제동하기 위한 기계-전기적 브레이크, 저속의 로터블레이드 회전을 고속으로 증가시키는 증속기(gearbox), 전단축, 전기를 발생시키는 발전기가 있다. 바람에너지는 로터블레이드 및 구동장치를 거치면서 초기의 유입에너지의 약 20%-40%정도만 전기에너지로 변환된다. 로터블레이드의 회전에 의한 터빈의 효율은 이론상으로는 최대 59.3%를 회수할 수 있다. 하지만 구동할 때 발생하는 마찰에 의한 손실, 발전기의 효율 등을 고려하면 추가적으로 10~20%의 손실이 발생한다.■ 로터블레이드로터 블레이드는 바람에너지를 기계적으로 에너지로 변환시키는 장치로서 풍력발전 시스템의 용량과 제어방식을 선정하는데 있어서 우선적으로 고려하는 주요한 요소이다.? 블레이드의 수이론상 다수라도 가능하고 1매 블레이드 풍차도 있지만, 상용 풍차에서는 일반적으로 2매 내지 3매 블레이드가 이용되고 있다.? 3매 블레이드3매 블레이드는 파워 발생이 부드럽고 자이로스코픽한 힘도 균형잡고있다. 로터틸트(rotor tilt)가 불필요하고 단순한 리지드 허브(rigid hub) 사용이 가능하다.9 -? 2매 블레이드3매 블레이드의 같은 사이즈의 풍차와 실질적으로는 같은 출력을 발생시키지만, 로터의 가격은 저렴해진다. 또 2매 블레이드 로터는 지상에서 조립하여 크레인으로 회전축 높이까지 올리면 되므로 설치가 간단하다.유럽에서는 대형풍차를 제외하면 3매 블레이드가 주류가 되어 있지만, 미국에서는 2매 블레이드 풍차도 만들어지고 있다. 또 로터 직경 60m를 넘는 대형풍차에서는 블레이드의 가격이 비싸기 때문에 2매 블레이드가 채용되는 일이 있다. 더욱이 향후 해상 풍력발전 개발이 진전되면 2매 블레이드의 초대형 풍차가 증가할 것으로 예상된다.■ 풍력에너지 및 최대 가용출력바람속에 바람방향과 수직인 면적이 A인 엑츄에이터 디스크를 가정하면(그림1참고)그림 1:로터디스크를 통과하는 공기의 유동이 원판을 통과하는 바람의 질량유동속도(mass flow rate)은 공기밀도 ρ와 바람속도 v의 함수로 주어진다.단위시간당 에너지변화가 출력이므로 바람의 최대 가능출력은 아래와 같이 나타낼 수 있다.단위:출력[W] ρ = 공기밀도 [kg/m3],A = 로터 회전면적 [m2],v = 풍속 [m/s]2.풍차의 성능과 비교수직축 풍차로터의 회전축이 풍향에 수직인 풍차를 수직풍차(Vertical-axis wind turbin)로 분류한다. 대표적인 수직축 풍차에는 다리우스풍차, 진직다리우스풍차, 사노비우스풍차, 등의 풍차가 있다. 다리우스 풍차의 유형은 양력형이며, 고속?저성능 풍차이다. 사보니우스 풍차는 회전 위상각에 의해 약력도 이용할 수 있으므로 다소 성능이 좋다. 그림 2는 대표적인 수직축 풍차이다.그림 2:수직축 풍차의 종류■ 다리우스 풍차다리우스 풍차는 1925년에 프랑스 사람 다리우스에 의해서 발명된 풍차이다.겉보기로도 프로펠러형과 풍차와 다르고, 유체의 흐림에 대한 블레이드가 도는 방식도 다르다.이 형식의 풍차는 로터의 회전축이 지면에 수직이므로 수직형 풍차로 분류된다. 그리고 그 가장 큰 특징은 프로펠러형 풍차처럼 로터를 바람에 추종시킬 필요가 없는데 있다. 그러나 양력을 이용하는 점에서는 완전히 현대 풍차의 부류에 속하고, 성능도 프로펠러 풍차와 큰 차이가 없다.■ 자이로밀리형 풍차이 풍차는 수직으로 붙여진 대칭익형 블레이드(매수는 2~4매)가 풍향에 대하여 자동적으로 최적의 받음각(영각)을 얻는 구조를 갖는다. 다리우스형과 같이 비주기 제어방식과 비교하면 구조적으로 조금 복잡하지만 효율이 높은 것이 특징이다. 아래 그림은 자이로밀형 풍차의 외관을 나타낸다.수평축 풍차로터의 수평축이 거의 수평면내에 있는 풍차를 수평축 풍차(Horizontal-axis wind turbin)라고 한다. 유럽 네덜란드 풍차나 현대의 상업 풍력 터빈은 대부분이 이 형태다. 대표적인 수평풍차는 그리스 풍차, 유럽풍차, 미국풍차, 그리고 현대의 수평축 풍력터빈이 있다. 블레이드 매수는, 그리스 풍차는 6~24매, 미국풍차는 다익형으로 8매의 것도 있다. 유럽풍차는 고속회전이 가능한 1~3매 이다. 최적설계에 따르면, 매수가 적을수록 회전수가 높게 된다. 현재는 블레이드에서 발생하는 소음을 줄이기 때문에 3매 블레이드가 바람직 하다. 그림 3에는 대표적인 풍차, 블레이드 매수등이 나타나있다.그림 3:수평축 풍차의 종류■ 프로펠러형 풍차풍력 발전용을 중심으로 가장많이 이용되고 있는 것이 프로펠러형 풍차이다. 2매 또는 3매의 블레이드가 많지만, 1매 블레이드나 4매 이상의 블레이드를 갖는 것도 있다. 블레이드의 형상은 항공기 날개와 유사하나, 공력학적 손실을 최소로 하기 위하여 블레이드 취부부에서 크고, 선단부에서 작게 되도록 비틀림이 되어 있는 것이 많다. 또한, 로토 회전면을 풍향에 맞추기 위하여 방위제어가 필요하다.■ 네덜란드형 풍차유럽에서 14세기 초부터 19세기 말까지 제분이나 양수를 시작으로 제지나 착유, 제재 등 여러 가지 용도로 사용된 대표적인 풍차이다. 풍향에 대하여 풍차집 전체를 회전시켜 로터 회전면을 바람에 정면으로 향하게 하는 소형 포스트밀에서, 로터가 설치되어 있는 건물의 머리부분만을 회전시키는 대형 타워밀로 발전했다.그 외에 여러 가지 분류■ 양력타입 vs 항력타입풍차를 구동하는 공기력이 양력이냐 항력이냐에 따라 다르다. 범선은 바람에 밀려서 전진하며, 이 경우는 항력을 이용한다. 그러나, 요트는 옆바람이나, 비스듬한 앞바람을 받아서 전진하는 겻이다. 이 경우에는 양력을 이용하고 있다. 또, 양력으로 나가는 경우는 항력의 경우보다 상당이 빠른 속도로 나갈 수 있다. 이것은 공기역학의 하나의 마술이다. 풍차에서도 같은 이유로 블레이드의 상대속도는 양력 타입의 경우 항력타입보다 고속이며, 양력은 항력보다 2자리나 크다.■ 고속타입 vs 저속타입위의 설명에서 고속타입이 큰 양력을, 즉 큰 토크를 발생시키는 것이 명확하다. 따라서 고속타입은 소성능타입으로 된다. 고속타입의 다른 메렛은 슬레이드를 슬림으로 하여, 계량설계를 할 수 있는 것이다. 풍차의 축출력은 토크와 로토 각속도(블레이드의 접선속도 V에 비례한다)와의 곱이므로, 고속설계에서는 토크를 내리는 것이 가능하다. 토크는 익현길이에 비례하므로 익현길이를 작게, 즉 블레이드를 슬림으로 설계할 수 있다.■ 대형 vs 소형통상의 익형은 어느정도 풍속하에서는 큰 저항이 생기지 않지만, 어느 영역을 내려가면 박리가 발생하고, 양력이 급격히 저항되며, 동시에 저항이 급격히 증가한다. 유체역학에서는 저 레이놀즈 수 문제라고 부르고 있다. 이것은(익형의 레이올즈수) = (유속 × 익형길이) / (동점성 계수)로 정의되며, 설계에서 유속(상대속도)은 최적설계에서는 풍속의 몇배냐가 자동적으로 결정되고, 또 물성치인 동점성계수도 변하게 된다.이른바 레이노즈수를 지배하는 양은 익현길이, 즉 풍차의 치수가 된다. 저레이놀즈수 역역에서는 풍차출력이 반감하는 경우도 있고, 일바적으로 로토 직경이 10m를 하회하는 풍차는 치수가 작을수록 영향을 받기쉽다. 소형풍차가 기술적으로 어렵다는 점을 설명하는 것이다.3.경 제 성■ 투자비(국내의 한 풍력발전소 투자비 내역)항 목

공학/기술| 2010.05.21| 10페이지| 1,000원| 조회(474)

열역학, 전기에너지, 윈드터빈, 구동장치, 로터 블레이드, 증속기

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