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[기계공학] 자동차공학 복습문제

1장 복습문제1. 자동차의 구조자동차 한 대는 약 15000여개의 부품으로 이루어저 있으며 이 부품들은 여러개의장치로 분류할 수 있다. 각각의 장치는 특정한 기능을 위하여 두 개 이상의 부품들로 조립되어 만들어진다.차량을 움직일 수 있는 동력을 만들어 내는 엔진 또는 파워 플랜트엔진에서 구동 바퀴로 동력을 전달하는 파워 트레인타이어나 바퀴가 도로의 요철과 만났을 때 그 충격을 흡수하는 현가 장치차량의 주행 방향을 제어하는 조향장치차량을 감속 또는 정지시킬 수 있는 제동 장치엔진 시동, 베터리 충전, 그 밖에 라이트 및 기타 전기기구에 전기를 공급하는전기장치엔진, 승객, 그리고 화물을위한공간을 제공하는 차체2. 구동바퀴의 판별엔진을 장착하는 방식에 따라 어떤 바퀴가 구동 바퀴인가를 판별할 수 있다. 구동바퀴는 자동차를 움직이게 하는 바퀴이다. 엔진이 길이 방향으로 장착되어 있다면 자동차는 보통 후륜구동이다. 엔진의 동력은 변속기를 통해 뒷바퀴의 구동축으로 전달되는 것이 보통이지만, 어떤 후륜구동 차량은 앞바퀴를 동시에 구동하기도 한다. 이러한 차량은 보통 트랜스퍼 케이스를 갖고 있어서 엔진 동력의 일부를 앞바퀴로 보내도록 한다. 이러한 방식을 4륜구동 또는 전륜구동이라 한다.엔진이 차량의 앞부분에 가로방향으로 장착되어 있다면 차량은 전륜구동이다.엔진의 동력은 트랜스 액슬을 통해 앞바퀴로 전달된다. 네 바퀴를 구동하기 위해서는 뒷바퀴 역시 구동되어야 한다.3. 전자 연료 분사장치의 기본적인 형태대부분의 엔진은 기화기 대신에 전자 연료 분사장치를 장착하고 있는데, 전자 제어모듈 또는 컴퓨터가 한 개 또는 여러 개의 연료 분사기를 동시에 제어한다. 이에는두가지 기본적인 형태가 있다.바디 인젝션 : 한 개 또는 두 개의 인젝터를 갖고 있으며 흡기 매니폴드 위의스로틀 바디 내에 위치한다.포트 분사 : 각각의 실린더 흡기포트에 연료 분사기를 부착한 것이다.4. ABS와 TCS의 작용ABS : 많은 차들이 ABS(antilock brake system)을 장착하고 있는데, 로부터 눈금을 직접읽을 수 있다. 밀리미터 눈금은 읽기라인의 위쪽에 있고, 1/2밀리미터 눈금은 아래에 있다.어떤 마이크로미터는 밀리미터나 인치의 단위로 바로 읽을 수 있는 기능을 제공한다. 팀블을 조정할 때 마이크로미터 내의 카운터는 눈금을 숙자로 보여주므로,이런 마이크로미터를 미터식 디지털 마이크로미터라 한다.3장 복습문제1. 실린더 내에서 {CO_2와 {CO의 형성 경로가솔린과 같은 자동차 연료는 주로 두 가지 원소로 구성되어 있다.이 원소들은 H와 C라는 화학기호를 사용하며, 이런 종류의 연료가 탄화수소 연료이다. 엔진내에서 완전연소가 일어나는 동안에 이 두 원소들은 또 다른 원소인 산소가스와결합한다. 일반적으로 산소는 분자 형태로 존재하며, 지구대기의 20%를 차지한다. 연소가 진행되는 동안 하나의 산소 원자들은 두 개의 수소 원자들과 결합을하고, 하나의 탄소 원자들은 두 개의 산소 원자들과 결합한다. 수소와 결합한 산소원자는 물을 생성하고 산소와 결합한 탄소는 {CO_2. 즉, 이상화탄소 가스를 만든다. 완전 연소의 경우, 가솔린에 포함된 모든 수소와 탄소가 산소와 결합하여,배출 가스에는 단지 무해한 {H_2 O과 {CO_2만이 포함된다.2. 중력이 엔진에 미치는 영향중력은 지구와 그 이외의 모든 물체와의 인력을 말한다. 차가 언덕으로 올라갈때는 엔진 출력의 일부분이 중력에 대하여 차를 위로 올리는 데 사용된다. 이러한 경우, 엔진을 작동시키지 않거나 제동을 걸지 않는다면, 아래에서 당기는 중력의 힘으로 차는 언덕 아래로 미끄러저 내려간다.3. 피스톤을 아래로 누르는 것피스톤이 위로 움직임에 따라 연소실이라 불리는 작은 공간 내에서 공기-연료 혼합기가 압축되고, 피스톤이 거의 상사점에 도달하면 점화 플러그에서 점화한다.점화플러그는 약 0.04인치의 틈새가 있다. 점화 시스템은 적당한 시기에 이 틈새 사이에서 아크를 발생시키고, 각 실린더로 점화시키는 데 필요한 에너지를 배본하는 역할을 한다. 점화 장치가 압축된 공기-연료의 혼합기를 점화하면 그 혼합 받지 않는다. KAM은 휘발성 메모리로서 시스템의 고장이 발생했을 때 트러블 코드를 포함한 자료를 저장한다. 또한 KAM은 자동차가 구동되는 상태에 다라서 변화를 주기도 한다. 이는 부분적으로 룩업 테이블의 정보에 기초를 두고 있다. 배터리 전원이 차단되면KAM의 모든 정보는 소실된다. 그러나 비휘발성인 룩업 테이블의 정보는 어떠한 것도 소실되지 않는다.5. 제어부의 3부분과 엔진을 제어함에 있어서 EEC 시스템이 하는 역할제어 시스템의 기본은 입력부, 제어부, 출력부로 이루어진다. 입력부는 장치들의센서이고, 출력부는 액추에이터이다. 제어부는 다음의 세 가지가 있다.1) 운전자2) 기계적인 조속기3) 마이크로프로세서대부분의 자동차 엔진은 전자 엔진 제어 시스템(EEC)를 장착하고 있다. 이는 일반적으로 연료량과 점화 시스템을 제어하여 최대한 효율적으로 연료량을 조절한다. 그리고 가능하다면 최대 출력을 유지함녀서 배기 가스의 방출량을 줄인다.자동차의 많은 부품들과 시스템은 ECM에 의해 제어되거나 각 기계에 따로 설치된 마이클호프로세서나 컴퓨터에 의해 제어된다. 이러한 부품들로는 충전 시스템, 트랜스미션 또는 트랜스액슬, 서스펜션, 브레이크, 에어컨, 운전정보 시스템 등과 같이 운전조건이 항상 변화되는 상태에서 작동되는 부품들이 포함된다.5장 복습문제1. 디젤 엔진과 가솔린 엔진의 점화원피스톤 엔진은 가솔린 엔진과 디젤 엔진의 두 가지 종류가 있다. 이 두 가지엔진의 차이점은 다음과 같다.사용되는 연료의 종류연료가 실린더로 유입되는 방법연료 점화 방법가솔린 엔진은 일반적으로 가솔린 또는 알코올 혼합물과 같은 액체 연료에 의하여 작동한다. 연료는 빨리 증발하는 높은 휘발성을 가져야 한다. 연료 증기는실린더에 유입되기 전에 공기와 혼합되고, 이것은 가연성의 공기-연료 혼합기를형성한 후, 실린더에 유입되어 압축된다. 점화 시스템으로부터 발생된 전기 불꽃의 열에 의하여 공기-연료 혼합기에 불이 붙는다. 혼합기가 연소되면 높은 온도와 압력이 실린더 내에 발생하고, 피스분의 자동차 엔진은 기본적으로 두 가지 형식의 밸브 트레인을 사용하고 있다. 이 두 가지 방식은 오버해드 캠 축 방식과 캠축인 블록 또는 오버헤드 밸브방식이 있다. 각 방식에 있어서 회전하는 캠의 로브가 밸브를 열기 위해 밸브트레인을 작동시킨다. 실린더 블록에 위치한 캠 축은 배전기도 구동시킨다. 배전기에서 나온 축은 오일 펌프를 구동시키며 캠 축에 연결된 편시기는 연료 펌프를 구동시킨다.4. 엔진에 있어서 실린더 번호와 일반적인 1번 실린더의 위치가솔린 엔진과 디젤 엔진을 포함한 모든 자동차 엔진들은 표준 회전방향을 가지고 있다. 이것은 엔진의 출력측이나 플라이휠에서 보면 크랭크 축이 반시계 방향으로 회전한다는 의미이고, 엔진의 전면에서 본다면 크랭크 축이 시계 방향으로 회전한다는 의미이다.엔진의 실린더에는 번호가 정해져 있다. 대부분 크랭크 축에 연결되는 커넥팅로드의 연결 순서대로 번호를 정하고 있다. 1번 실린더는 일반적으로 출력측에서 가장 멀리 있는 실린더를 말한다. 이러한 방법으로 실린더 번호에 영향을 주지 않고 엔진을 가로 또는 세로로 장착할 수 있다.V형 또는 대향 엔진의 실린더 번호는 각 열의 순서대로 번호를 매긴다. 1번 실린더는 크랭크 축의 출력측에서 가장 멀리 있는 실린더를 말한다. V-6과 V-8엔진 중 일부는 다른 방식으로 실린더 번호를 부여하는 경우도 있다.5. 직렬 6기통 엔진의 점화순서와 피스톤 쌍점화 순서는 각 실린더에 팽창 행저을 발생시키는 순서이고, 이 점화 순서는 엔진에 따라 정해져 있으며, 크랭크 핀과 크랭크 축 배열이 점화 순서를 결정한다.대부분의 엔진은 팽창 행정이 고르게 배분되도록 점화 순서가 결정된다. 많은엔진들은 크랭크 축에 인접한 두 개의 실린더를 동시에 점화하는 것을 피하고 있다. 같은 형식의 엔진이라도 점화순서는 다르다. 직렬 6기통은 1-5-3-6-2-4의점화 순서를 사용하고 있다4행정 엔진이 완전하게 한 사이클을 마치면 크랭크 축은 2회전을 하게 된다. 이는 크랭크 축이 720도를 회전하게 됨을 의미하며,향과 가로방향엔진에 따른 위치와 용도엔진은 트랜스미션이나 트랜스액슬에 볼트로 체결된다. 이렇게 조립된 어셈블리들은 엔진의 하부 프레임이나 엔진 크레이들의 세 곳 또는 네 곳에 부착된다.이러한 부착물들이 바로 마운트들이다. 마운트들은 엔진 트랜스미션 일체와 자동차 프레임, 도는 본체의 마운팅 브래킷 사이에 위치한다. 마운트들은 승객에게느껴질 엔진 소음이나 진동을 흡수한다. 또한 라디에이터와 전자 제어기 및 다른 구성요소들에 전달될 수 있는 치명적인 진동을 막아준다.엔진 마운트들은 자동차 프레임이나 차체 비틀림에 유동적으로 융통성 있게 반응하며, 이러한 프레임이나 차체의 비틀림은 정상 운전중에도 발생한다. 많은 엔진마운트들 중에는 고체 나무 단열재가 있다. 수직 방향의 엔진은 각 측면에 하나씩의 마운트를 가지며 세 번째 마운트는 트랜스미션 부근에 위치한다.많은 가로배치 엔진들에는 토크 지지대가 있다. 토크 지지대는 엔진이 가로 방향의 긴 축을 따라 돌려는 경향을 제어한다. 토크 지지대의 한쪽 끝은 엔진의브래킷에 위치하며, 다른 한쪽 끝은 라디에이터 지지대나 다른 프레임, 그리고 몸체 멤버에 부착된다. 토크 지지대의 한 형식은 유압 피스톤과 스프링을 포함한다. 이것은 마치 엔진이 구르는 것을 막는 충격 흡수기와 같이 작동한다.일부 자동차들은 액체로 체워진 유압식 엔진 마운트를 채용하고 있다. 이러한것들은 두 개의 작동 유체실, 작동 유체 전달 밸브 그리고 오리피스 판을 가지고있다. 작동 유체는 엔진 작동 중에 진동을 흡수하기 위해서 두 개의 유체실 사이에서 움직이고, 일부 유압 마운트들은 전자적으로 제어된다. 공회전 상태에서는 마운트 제어 기구가 솔레노이드에 밸브를 열라는 신호를 보내며, 이것은 두개의 작동 유체실 사이의 작동 유체의 순환을 가능하게 해준다. 더 높은 속도에서는 밸브가 닫히는데 이것은 유체 흐름을 제한함으로써 마운트를 더 확실하게고정시켜 준다. 결론적으로, 이것은 몸체에 전달되는 진동을 저감시켜준다.8장 복습문제1. 타이밍 벨트와 체인에 텐셔너가 사한다.

공학/기술| 2003.05.17| 20페이지| 1,000원| 조회(610)

자동차, 디젤엔진, 가솔린엔진, 자동차구조, 자동차연료

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[유체역학] 미분방정식의 무차원화

● 미분방정식의 무차원화-Navier-Stokes 방정식의 무차원화유체유동을 지배하는 연속방정식, 운동량방정식 및 에너지방정식을 무차원화하고 무차원수를 알아본다. Navier-Stokes 방정식은 유체의 운동량 방정식으로서 유체유동을 지배하는 대표적인 방정식이다.연속방정식{ u} over { x} + { v} over { y} + { w} over { z} =0운동량방정식rho ({{ u} over { t} + u{ u} over { x} + v{ u} over { y}+ w{ u} over { z}}) = -{{ P} over { x}}+mu({{ ^2 u} over { x^2} + { ^2 u} over { y^2} + { ^2 u} over { z^2}})rho ({{ v} over { t} + u{ v} over { x} + v{ v} over { y}+ w{ v} over { z}}) = -{{ P} over { v}}+mu({{ ^2 v} over { x^2} + { ^2 v} over { y^2} + { ^2 v} over { z^2}})rho ({{ w} over { t} + u{ w} over { x} + v{ w} over { y}+ w{ w} over { z}}) = -{{ P} over { w}}+mu({{ ^2 w} over { x^2} + { ^2 w} over { y^2} + { ^2 w} over { z^2}})에너지방정식rho c_v ({{ T} over { t} + u{ T} over { x} + v{ T} over { y}+ w{ T} over { z}}) = k({{ ^2 T} over { x^2} + { ^2 T} over { y^2} + { ^2 T} over { z^2}}) + phiphi = mu[{2({ u} over { x})^2 + 2({ v} over { y})^2 + 2({ w} over { z})^2 +({ w} over { x} +{ u} over { y} + { v} over { z} )^2}]해가 만족전형적인 경계조건은1) 자유유동v=v_0,p=p_0,T=T_02) 고체 경계면(점착조건)v=0,T=T_w3) 입구 및 출구v, p= 기저4) 자유표면z= eta에서tau = 0,p=p_atm방정식의 무차원화는 방정식에 나타나는 모든 독립변수와 종속변수, 그리고 물성량에, 그 성량을 대표할 수 있는 기준성량을 정하여, 각각 기준성량에 대한 비로 무차원변수를 정의하고, 연쇄법칙을 사용하여 미분방정식에 나타나는 변수와 성량들을 무차원 변수로 바꾼다.무차원수에 *을 붙여 표시하면 다음과 같다.{x}`_{i} ^{*} = {x_i} over {L}{y}`_{i} ^{*} = {y_i} over {L}{z}`_{i} ^{*} = {z_i} over {L}{v}`_{} ^{*} = {v} over {V_0}rho^* = {rho} over {rho_0}mu^* = {mu} over {mu_0}k^* = {k} over {k_0}c_p^* = {c_p} over {c_w}P^* = {P- P_0} over {rho_0 V_0^2}T^* = {T- T_0} over {T_w - T_0}t^* = {t} over {L/V_0}∇^* = L∇여기서P = gamma h이고p^*와T^*를 정의할 때rho V_0^2와T_w - T_0을 기준값으로 사용한다.이들 무차원변수를 연속방정식에 적용하여 무차원화시켜 본다.{ u} over { x^*} = { u^*} over { x^*} { u^*} over { u} { x} over { x^*} = { u^*} over { x^*}( 1 over L )(V_0 ) = { V_0 }over{ L } { u^*} over { x^*}{ v} over { y^*} = { v^*} over { y^*} { v^*} over { v} { y} over { y^*} = { v^*} over { y^*}( 1 over L )(V_0 ) = { V_0 }over{ L } { v^*} over { y^*}{ w} over { z^*} = { w^*} over^*} { w^*} over { w} { z} over { z^*} = { w^*} over { z^*}( 1 over L )(V_0 ) = { V_0 }over{ L } { w^*} over { z^*}이들 관계를 연속방정식에 대입하고 정리하면 다음 무차원방정식을 얻는다.{ u^*} over { x^*} { v^*} over { y^*} { w^*} over { z^*} =0또 다시 이를 운동량 방정식에 대입하고 정리를 하면 다음 무차원방정식을 얻는다.rho { u} over { t} = ( rho_0 rho^* ) { u^*} over { t^*} { t^*} over { t} { u} over { u^*} = ( rho_0 rho^* ) { u^*} over { t^*} ( V_0 over L )( V_0 )= {rho_0 V_0^2 } over { L } rho^* { u^*} over { t^*}rho u { u} over { x} = ( rho_0 rho^* )(V_0 u^* ) { u^*} over { x^*} { x^*} over { x} { u} over { u^*}= {rho_0 V_0^2 } over { L } rho^* u^* { u^*} over { x^*}rho v { u} over { x} = ( rho_0 rho^* )(V_0 v^* ) { u^*} over { y^*} { y^*} over { y} { u} over { u^*}= {rho_0 V_0^2 } over { L } rho^* v^* { u^*} over { x^*}rho w { u} over { z} = ( rho_0 rho^* )(V_0 w^* ) { u^*} over { z^*} { z^*} over { y} { u} over { u^*}= {rho_0 V_0^2 } over { L } rho^* w^* { u^*} over { z^*}같은 방법으로rho { v} over { t}= {rho_0 V_0^2 } over { L } rho^* { v^*} over { rho { w} over { t}= {rho_0 V_0^2 } over { L } rho^* { w^*} over { t^*}rho u { v} over { x}= {rho_0 V_0^2 } over { L } rho^* u^* { u^*} over { x^*}rho u { w} over { x}= {rho_0 V_0^2 } over { L } rho^* u^* { w^*} over { x^*}rho v { v} over { x}= {rho_0 V_0^2 } over { L } rho^* v^* { u^*} over { y^*}rho v { w} over { x}= {rho_0 V_0^2 } over { L } rho^* v^* { w^*} over { y^*}rho w { v} over { x}= {rho_0 V_0^2 } over { L } rho^* w^* { u^*} over { z^*}rho w { w} over { x}= {rho_0 V_0^2 } over { L } rho^* w^* { w^*} over { z^*}또{ P} over { x} = { P^*} over { x^*} { x^*} over { x} { P} over { P^*} = ( 1 over L ) ( rho_0 V_0^2 ) { P^*} over { x^*}{ P} over { y} = ( 1 over L ) ( rho_0 V_0^2 ) { P^*} over { y^*}{ P} over { z} = ( 1 over L ) ( rho_0 V_0^2 ) { P^*} over { z^*}mu ∇^2 u = (mu_0 mu^* ) 1 over L^2 ∇^*^2 ( V_0 u^* ) = { mu_0 V_0 } over { L^2 } mu^* ∇^*^2 u^*mu ∇^2 v = (mu_0 mu^* ) 1 over L^2 ∇^*^2 ( V_0 v^* ) = { mu_0 V_0 } over { L^2 } mu^* ∇^*^2 v^*mu ∇^2 w = (mu_0 mu^* ) 1 over L^2 ∇ ( V_0 w^* ) = { mu_0 V_0 } over { L^2 } mu^* ∇^*^2 w^*이들 관계를 운동방정식에 대입하여 정리하면rho^* ({{ u^*} over { t^*} + u^*{ u^*} over { x^*} + v^*{ u^*} over { y^*}+ w^*{ u^*} over { z^*}})= -{{ P^*} over { x^*}} + {mu^*} over {N_Re} ({{ ^2 u^*} over { x^*^2} + { ^2 u^*} over { y^*^2} + { ^2 u^*} over { z^*^2}})rho^* ({{ v^*} over { t^*} + u^*{ v^*} over { x^*} + v^*{ v^*} over { y^*}+ w^*{ v^*} over { z^*}})= -{{ P^*} over { v^*}} + {mu^*} over {N_Re} ({{ ^2 v^*} over { x^*^2} + { ^2 v^*} over { y^*^2} + { ^2 v^*} over { z^*^2}})rho^* ({{ w^*} over { t^*} + u^*{ w^*} over { x^*} + v^*{ w^*} over { y^*}+ w^*{ w^*} over { z^*}})= -{{ P^*} over { w^*}}+ {mu^*} over {N_Re} ({{ ^2 w^*} over { x^*^2} + { ^2 w^*} over { y^*^2} + { ^2 w^*} over { z^*^2}})을 얻는다. 이 식에는 Reynold 수N_Re만을 포함한다.압축성유동이나 전열을 수반하는 유동은 에너지방정식도 연립시켜 해석하여야 한다. 에너지방정식에 무차원변수를 적용하여 식을 무차원화 시키면 다음과 같다.{rho_0 c_v0 V_0 (T_w -T_0 )} over {L} rho^* c_v^* ({{ T^*} over { t^*} + u^*{ T^*} over { x^*} + v^*{ T^*} over { y^*}+ w^*{ T^*} over { })

공학/기술| 2002.10.30| 4페이지| 1,000원| 조회(2,810)

유체역학, Navier-Stokes, 미분방정식, 무차원화

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공작기계 실험결과 레포트(절삭저항실험)담 당 교 수김 경 돈 교 수 님학 과기 계 공 학 부실 험 조5 조학 번1 9 9 7 0 1 1 1 3 4이 름황 준 연1. Flat 및 Ball End Mill의 형상2. Helix angle엔드밀의 형상엔드밀에 작용하는 절삭저항은 회전할 때의 비틀림 모멘트와 이송방향의 트러스트로나눌 수 있다. 2개의 절삭날을 갖는 엔드밀에 서 한 개의 절삭날이 깍는 절삭 깊이는엔드밀의 지름에 대한 1회전당 피이드를 S라 하면 1/2S가 된다.Helix angle은 바로 이러한 두가지 힘, 비틀림 모멘트와 이송방향의 트러스트의 힘을적절하게 조화하는데 있다. 이러한 힘은 바로 공구의 힘을 받는 면적과 방향, 그리고그에 따른 절삭력등을 좌우하기 때문이다. 일반적으로 2개의 절삭날이 형성하는 각,즉 helix angle을 크게 하면 모멘트는 감소되나 드러스트가 증가한다. 따라서 가공물의재질에 따라 적당한 값을 사용하여야 한다.3. 절삭조건의 적절한 선정여부공작기계를 이용한 금속의 절삭 가공에 있어서 그 가공의 효용성을 결정하는 가장중요한 요소 가운데 하나는 절삭 공구의 재질이다. 절삭공구에 요구되는 성능을요약하면 첫째로 고정밀 가공용 공구, 둘째로는 생산성을 높일 수 있는 공구(즉, 고속.고이송에서 수명이 긴 공구, 그리고 셋째로는 산업의 다양화에 따른 피삭재의변화에 민감한 공구, 즉 난삭재 가공이 가능한 공구로 분류할 수 있다. 이러한 성능은공구의 절삭시 압력과 마찰로 인한 열 및 기계적 마모로 인한 날 끝의 국부적인 파손에의한 결손에 대한 저항력으로 표시될 수 있다. 열 및 기계적 마모에 대한 저항성과결손에 대한 저항성은 실제 작업온도에서의 피삭재의 절삭성이 결정되며 최근에는이러한 분류에 의해서 난삭재로 분류되고 있다. 이에 따른 절삭공구의 재질도 용도별로 세분화되어 있으며 대부분의 경우 내마모성과 내결손성은 서로 상반되는 특징을가지고 있어서 개발의 어려움이 되고 있다. 피삭재와 공구재종의 주어진 특성을가지고 절삭 원리를 이용한 여러 공구의 형상들이 개발되고 있다. 이들은 주로 절삭저항의 감속에 의한 열 발생 억제와 진동방지에 의한 공구수명 연장 및 정밀도의 향상을목표로 하고 있다. 절삭시 고경사각에 의한 절삭 저항감소와 절인의 호닝이나 모서리작업에 의한 인선부 강인성의 증가가 대표적인 예이다. 이와 같은 요인들에 의한정밀도 및 생산성의 향상을 위해서 최적의 절삭조건에서 작업하는 것이 무엇보다도중요하다. 이 때문에 적정 절삭조건의 선정이 더욱 중요하게 된다. 공구를 제작하는사람은 공구 재질과 피삭재에 따른 적정 절삭조건 선정이 필수적이며 사용자들은이것의 중요성을 인식하고 따르는것이 중요하다. 이와 같이 효율적인 절삭가공은 공구의 재질, 형상그리고 그에 따른 적절한 절삭조건선정에 의해서만 가능하게 된다.실제 절삭시 온도가 500℃로부터 최근의 고속절삭시에는 1000℃이상가지 상승하는 사실을 고려하면 공구의 고온특성에 대한검토가 이루어져야 한다. 아래그림은 공구재료별 온도에 따른경도변화와 강성의 변화가 개괄적으로나타나 있다.탄소공구강이나 HSS공구는 상온 및 아래 그림의 절삭공구의 재종별 고온경도 특성고온에서 모두 떨어짐을 알 수 있고 초경합금공구와 세라믹 및 세라믹의 특성은 서로상반되는 면이 있다. 서멧의 인성은 온도의 영향이 작으나 서멧, 초경합금의 순으로급격히 감소함을 알 수 있다. 그러므로 초고속가공에서는 세라믹 공구가 적합함을 알수 있으나 낮은 항절력으로 이송량의 제약이 크다. 중.저속 가공에서는 서멧과초경합금 공구의 상승된 인성으로 좀더 높은 이송량을 적용할 수 있다. 저속가공에서는 높은 인성을 요구하기 때문에 HSS 공구와 같은 재질이 사용된다.. 고속도강(HSS)고속도강은 0.8% 정도의 탄소강에 텅스턴, 크롬, 바나듐을 합금시킨 것이며,적당한 열처리에 의해 현저하게 경화되는 날이 600℃ 정도의 고온에 달하여도절삭할 수 있다. 고속도강의 열처리는 상당히 엄격하여 재질에 적합한 열처리를하지 않으면 충분한 경도를 얻을 수가 없다. 고속도강은 저.중속 절삭용, 밀링커터,호브, 브로치, 드릴 등에 많이 사용된다. 또 초경공구에 비해 염가이며 연삭성형이용이하므로 정밀한 날 끝을 만들 수 있다.. 초경합금초경합금의 기본 성분은 탄화텅스텐(WC)이며, 여기에 티탄, 탈탄등의 탄화물의분말이 Co 또는 Ni 분말과 한합하여 프레스로 성형한 후 약 1400℃이상의 고온에서소결한 것이다. 800℃정도의 고온까지도 경도가 저하되지 않으므로 고속도강에비하여 3∼5배 정도까지 절삭속도를 높일 수 있다. Co는 WC 분말을 결합하는역할을 한다. WC 는 칩에 의하여 크레이터가 공구상면에 나타난다. 이 크레이터를줄이기 위해 Ti 또는 Ta를 포함시키면 칩이 WC 공구에 용착하는 것을 방지하여공구의 열전달을 감소시키므로 칩에 의하여 열이 많이 빠지고 공구는 저온을 유지한다. 초경합금은 고온, 고속절삭에서도 높은 경도를 유지하므로 절삭공구재료로뛰어나게 좋은 특징이 있으며 특히 탄화티탄계는 강재를 절삭하는데 좋다. 다만밀링커터의 절삭속도(m/min)초경합금진동이나 충격을 받으면 부서지기 쉽다.이 실험에서는 주철과 합금공구강 STD11을피삭제로 고속도강과 초경공구강으로 절삭실험을 하였다. 합금공구강은 5∼7m/min의속도로 절삭하였으며 초경공구강은 7∼13m/min의 속도로 절삭을 하였다.그리고 주철을 피삭제로 할 경우 절삭 속도는고속도강의 경우는 30∼40m/min의 속도로절삭을 하며 초경공구의 경우는 22∼30m/min의 속도로 절삭을 실시하였다.옆의 표는 일반적인 공작물의 재료에 따른경합금 공구의 속도를 나타낸 표이다. 일반적으로 알루미늄과 같은 난삭제의 경우 초경합금은 고속으로 가공을 하고 강의 경우는낮은 속도로 가공을 한다.밀링커터의 절삭속도(m/min)고속도강(피삭제:주철)그리고 아래의 표의 경우엔 고속도강을이용한 주철의 경도에 따른 절삭속도를 나타내고 있다. 이를 보면 주철을 절삭하는데속도가 대략 경도가 커질수록 점점 더 느려지고 있다.그러나 고속도강의 특성상 합금공구강을절삭하는 것 자체가 무모한 짓이다. 이는 고속도강의 강도가 합금공구강에 미치지 못하기때문이다. 그리고 주철을 절삭할 때의 속도는30∼40m/min의 속도로 절삭을 하였는데 이는옆의 기준치보다 못한 속도로 절삭을 하였다.초경공구 역시 절삭 속도가 기준이 되는속도에 훨씬 못 미치는 속도로 절삭을 하였다.이러한 절삭은 칩의 생성시 칩을 통한 열의배출이 용이하지 못할뿐 더러 매끈한 뒤처리가불가능하다. 그러므로 전체적인 실험의 속도는부적절하고 판단된다.4. 공구의 마멸형상과 그 크기 및 마멸분류법절삭공구를 계속 사용하여 절삭날이 마모가 되면 절삭성이 저하될 뿐만 아니라 가공치수의 정밀도가 떨어지고 표면거칠기가 나빠지며 소요 절삭동력이 증가하게 된다. 이와 같이 절삭날이 손상될 때까지의 실제 절삭시간의 합을 공구수명으로 하며, 분으로 나타낸다. 즉, 공구의 수명이란 공구 절삭날의 재연마 또는 교환할 때까지의 절삭시간으로 표시된다.공구 수명을 판정하는 기준은 여러 가지가 있으며 다음과 같은 항목이 사용된다.① 공구의 마모량이 어떤 일정 값에 달한 경우② 공구절삭날에 치핑이 생긴 경우③ 다듬질면 거칠기, 치수정밀도 등의 규격치 값을 넘는 경우(1) 공구의 마모형태① Crater wear칩이 절삭공구의 경사면상을 슬라이드 할 때의하여 공구상면에 오목 파진 부분이 생기게된다. 즉 변형에 의하여 현저하게 가공경화된칩에 의한 공구표면이 긁히는 작용으로 인하여절삭되어 떨어지거나 또는 고온.고압등으로공구가 점착과 융착을 일으켜 그 표층이 절삭도중 떨어져 나가므로 융착마모로 생각할 수있다.Crater Wear② Flank wear절삭공구의 여유면이 절삭면에 평행하게 마모되는 것을 말하며, 여유면과 절삭면과의 마찰에의하여 일어난다. 주철을 절삭할 때와 같이분말상 칩이 생길때에는 특히 뚜렷하고 다른경우에도 다소 발생한다. 본래 공구에는 여유각이 있으므로 플랭크의 가공면에 대한 마찰량은여유면 마모의 폭으로 표시하는 것이 보통이다.Flank Wear여유면 마모는 가공면이 공구측면에 접하고 연삭작용이 이루어지는 과정에서 자주 나타나며,공구의 측면 마모로 인하여 가공면은 거칠어진다.③ Chipping경도가 매우 높고 인성이 부족한 공구에서는 절삭날 모서리를 다라서 갖가지 형상의 손상이 발생하기 쉽다. 칩 용착이 심한 경우, 진동이 심한 경우 단속절삭인 경우, 공구가 급열.급냉되어 열충격이 심한 경우에 일어나기 쉽다.공구손상의 종류이번 실험의 경우 절삭에 있어서 절삭하는 공구의 속도가 상당히 느렸다. 그러므로한날당 절삭깊이가 깊어지고 그러므로 절삭열이 크게 발생을 하였다. 게다가 주철의절삭 실험은 그런 대로 공구가 견디었으나 합금공구강을 절삭할 때는 초경공구는 얼마간견디지만 고속도강 공구는 견디지 못하고 공구가 열과 압력에 의해 완전히 중간에녹아서 붙어버리는 그러한 결과가 나타났다. 전체적으로 모든 마멸이 한꺼번에 일어나는 결과를 얻을 수가 있었다5. Burr의 생성된 모양과 방지법

공학/기술| 2002.10.30| 10페이지| 1,000원| 조회(818)

기어, 절학역학, 절학

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[기계공학] 비틀림실험 평가D별로예요

기계공학실험 결과레포트비 틀 림 시 험담당교수한 석 영 교 수 님학 년3 학 년학 번1 9 9 7 0 1 1 1 3 4실 험 조6 조이 름황 준 연1. 목 적비틀림이란 모터의 축이나 동력장비의 토크관과 같은 구조부재가 종축을 회전시키는 모멘트에 의하여 비틀림 작용을 받는 것을 말한다. 이러한 경우강도에 대한 부재를 설계할 때 허용전단응력이 옳게 선정되어야 하며,비틀림 하중하의 탄성한도(비례한도), 항복점 및 탄성계수를 파악함은중요하다.2. 이 론⊙ 연성재료연성재료의 파손이론에는 최대 전단응력이론과 최대 전단변형 에너지론크게 2가지가 있다.1) 최대 전단응력이론연강과 같은 연성재료의 평판 봉이 인장하중으로 시험될 때, 실제로항복이 발생되는 역학은 슬립, 즉 작용하는 힘의 방향과 45°를 이루는평면(최대 전단응력이 발생되는 평면)에 전단이 발생되는 것이 관찰된다. 초기항복은 시편 표면에 첫 번째 슬립선이 나타나는 것이다.그리고 시험편이 완전히 왕복할 때까지 변형률이 증가함에 따라 더많은 슬립선이 발생한다. 만약에슬립이 파손에 실제적인 역학이라면이 파손을 가장 잘 규명하는 응력은슬립면에 발생되는 전단응력이다.그림 1은 슬립 편면상의 전단응력의크기는{ sigma }_{y }/2라는 것을 나타내면서일축응력상태의 모어원을 나타낸다.그러므로 어떤 응력상태에 있는연성에서도 어떤 한 평면의 전단응력의 크기가{ sigma }_{y }/2로 되었을 때 파손이발생된다면, 최대 전단응력이론의 파손기준은 다음과 같이 말할 수있다.{ tau }_{ { abs} atop {max } } = { { sigma }_{y } } over {2 }- 식 ①단{ sigma }_{y }는 단순인장시험으로 결정되는 항복응력이다. 이를 이용하면 식 ①은 다음과 같이 나태낼 수 있다.{ sigma }_{max } - { sigma }_{min } = { sigma }_{y }- 식 ②단{ sigma }_{max }는 최대 주응력,{ sigma }_{min }은 최소 주응력이다.2) 최대 전단변형 에너지이론최대 전단응력이론은 연성재료의 항복에 대해 타당한 가설을 수반하지만, 최대 전단변형 에너지이론은 실험데이터와 더욱더 일치하므로,일반적으로 더 자주 사용된다. 이 이론은 다축하중을 받고 있는 물체의형태변화에 의해 발생되는 에너지가 일축하중을 받는 시편의 응력이항복응력{ sigma }_{y }가 되었을 때의 물체의 비틀림에너지와 같을 때 항복이발생한다고 가정한 것이다.이 변형률 에너지의 어떤 부분은 요소의 체적변화에 관계되고, 변형률에너지의 나머지 부분은 형태변화 즉 전단변형에 관계되는 것이다.체적변화는 평균응력{ sigma }_{avg } = { 1} over {3 } ( { sigma }_{1} + { sigma }_{2} + { sigma }_{3} )- 식 ③에 의해 발생된다. 여기에 나타난 순응력은 체적변화는 발생시키지않고 전단변형만을 발생시킨다.재료가 정수압 상태에 놓여 있으면, 재료는 항복하지 않는다는 것을실험적으로 확인했다. 그러므로 실제로 항복을 일으키는 응력은전단변형을 일으키는 응력이라고 가정해왔다. 이러한 가설에 의해다음과 같이 언급되는 최대 전단변형 에너지 항복(파손)기준이 고안되었다.단위 체적당 전단 변형에너지가 동일 재료가 단순인장하에서항복되었을 때 단위체적당 전단 변형에너지와 같거나 클 때연성재료는 항복한다.최대 전단변형에너지 파손기준을 임의의 세 개의 수직인 평면상의수직응력과 전단응력으로 나타내면 식④ 형식으로 나타낼 수 있다.{1} over {2} [( { sigma }_{x}-{ sigma }_{y})^{2 } +( { sigma }_{y}-{ sigma }_{z})^{2 } +( { sigma }_{x}-{ sigma }_{z})^{2 } +6( { tau }`_{xy} ^{2} + { tau }`_{yz} ^{2} + { tau }`_{xz} ^{2})= { sigma }`_{y} ^{2}평면응력의 최대 전단변형에너지 항복기준은 식④에{ sigma }_{3 }={ sigma }_{2 }={ tau }_{xy }={ tau }_{yz }= 0 의 관계를 대입하고 그것을 주응력으로 나타내면 식⑤ 가얻어진다.{ sigma }`_{1 } ^{2 }- { sigma }_{1 } { sigma }_{2 } + { sigma }`_{2 } ^{2 } ={ sigma }`_{y } ^{2 }식⑤는 그림②에 나타낸 것처럼 평면상의 타원방정식이다.최대 전단변형에너지 항복기준과 최대 전단응력 항복이론과 비교하기위해 최대 전단응력 항복이론에의한 파손기준을 그림 ②에서 점선으로 표시하였다. 육각형의 여섯개 정점에서 두 파손이론이 일치한다.즉 두 이론은 만약 어떤 지점의 응력상태가 이러한 여섯 개 응력상태중의 어느 하나와도 일치한다면항복이 발생한다는 것을 나타낸다. 그렇지 않으면 최대 전단응력이론은 항복을 발생시키는 응력을 계산하는 데는 더욱더 보수적이다.왜냐하면 육각형은 타원상에 있거나 타원 내부에 존재하기 때문이다.⊙ 취성재료취성재료의 두 개의 파손이론은 최대 수직응력 이론과 모어의 파손이론이다.1) 최대수직응력이론인장을 받는 취성재료는 파괴 전의 항복의 흔적도 없이 갑자기 파손된다. 최대 수직응ㅇ력이론의 가설은 재료내의 최대 주응력이, 재료의단축 인장시험시 얻어지는 극한응력과 같을 때 최성재료로 만들어진물체가 파손된다는 것이다. 이 이론은 역시 압축하중을 받을 때의압축파손은 인자파손이 발생되는 극한응력값과 같은 값에서 발생한다고가정했다.평면응력의 경우, 최대 수직응력 파손기준은 다음과 같다.vert { sigma }_{1} vert ={ sigma }_{u }또는vert { sigma }_{2} vert ={ sigma }_{u }2) 모어의 파손이론만약 최성재료의 극한 압축강도가 인장시 극한 강도와 같지 않다면최대 수직응력이론이 사용되지 않아야 한다. 이러한 파손이론은 오토모어에 의해 제안되었고 그것은 모어 파손이론으로 불린다. 그림③은 인장극한강도{ sigma }_{TU }와 압축 극한강도{ sigma }_{CU }를 가진 취성재료가 일축인장시험과 알축압축시험의 모어원을 각각 나타낸 것이다. 모어이론에 의하면,{ sigma }_{1 }과{ sigma }_{2 }가 같은 부호를 가질 때 응력 한계치 중어느 하나가 성립하면 파손이 발생한다.{ sigma }_{max }={ sigma }_{TU }또는{ sigma }_{min }= -{ sigma }_{TU }위 식⑥ 과 다음의 식⑦{ { sigma }_{1 } } over {{ sigma }_{TU } } = { { sigma }_{2 } } over {{ sigma }_{CU } } +1를 복합적으로 사용하여 모어 파손기준을 만든다. 만약 비틀림시험데이터 혹은 다른 평면응력 파손데이터가 이용된다면, 그림④의 제 2상환과 제 4상환의 파손경계를 이러한 실험데이터들이 혼합될 수있도록 수정되어야 한다.{ sigma }_{2 }3. 실험장치비틀림 시험장치Torque meterSM40C 스틸 , 64황동 시험편 각각 2개.4. 실험 방법1) 시험기의 영점조정을 한다.2) 변형이 올바르게 일어나는지를 보기 위해 시편에 축방향으로 직선을긋는다.3) 시험편을 시험기에 설치하고 Input Handwheel을 1~2바퀴 정도를 돌려시편을 고정시킨다.4) 토크미터의 영점을 조절한다.5) 스틸의 경우 9도의 간격으로 황동의 경우 6도의 간격으로 Input Handwheel을 회전시킨다.6) 다이얼 게이지의 눈금이 움직이다가 고정이 되면 토크미터의 수치를읽는다.7) 시편이 파단 될 때까지 시험을 일정한 간격으로 Input Handwheel을돌린다.5. 결 과황동 시험편S45C 탄소강입력각입력각(rad)토오크입력각입력각(rad)토오크60.104725560.1047244120.2094487120.20944125180.3145997180.31459174240.41887998240.418879190300.523599101300.523599195360.682319103360.682319196420.733038108420.733038200480.837758110480.837758201540.942478104540.942478198601.047198112601.047198188661.151917109661.151917168721.256637116721.256637110781.361357117781.36135778841.466077116841.46607764901.570796119961.*************.*************.8849561221141.9896751251202.*************2.1991151261)황동시험편그래프를 그려본 결과 예상과는 달리 그래프가 전반적으로 선형적인 구조를 지니고 있다. 황동의 일반적인 강성률은 39GPa 정도이다. 위의 그래프에서 얻은 32.3이라는 수치는 이론치에 미치지 못하는 값이다.실험에 많은 오차가 생긴 것 같다. 그리고 시험편이 너무 빨리 파단하고 말았다.2)S45C 탄소강그래프는 위와 같이 토크와 비틀림각(라디안)으로 표현했다. 실험 데이터에서 직선구간이 나타나는 곳은 0도와 24도 사이이다. 일반적으로 스틸의강성률은 75∼77GPa 이다. 이에 비하여 위의 그래프에서 얻은 60.3이라는수치는 너무 작은 값이다. 실험에 많은 오차가 있었던 것 같다. 2번째탄소강 역시 생각보다 빨리 파단하고 말았다.6. 고 찰이번 실험의 경우는 비교적 단순한 실험이었다. 그러나 단순함에도 불구하고 생기는 오차는 과연 어디서 발생되는 것이었을까? 결과를 살펴보면 보통 알고있는 그러한 강성률보다 약 80%에 미치는 정도의 결과를 얻을 수가 있었다. 생각보다 오차가 크게 나타났고 또한 시험편이 빨리 파단에이르렀다. 이러한 결과가 발생한데는 여러 가지 요인이 있을 수가 있겠지만우선적으로 생각할 수 있는 경우가 몇 가지가 있겠다.우선 첫 번째로 실험 장치의 오차가 있겠다. 실험장치의 0점을 조절하는데서 오는 실패가 원인중 하나이리라 생각이 된다. 비틀림 실험장치의

공학/기술| 2002.06.08| 10페이지| 1,000원| 조회(1,498)

기계공학, 비틀림, 파손이론, 연성재료

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[기계공학] 표면처리 평가B괜찮아요

기계제작공정 레포트(표면처리, 표면경화법, 열처리법)담당교수김 경 돈 교 수 님학 년2 학 년학 번1 9 9 7 0 1 1 1 3 4이 름황 준 연● 표면처리금속재료를 사용할 때 사용 용도에 따라서는 표면과 내부와의 기계적성질이 상이하여야 할 경우가 있다. 즉, 재료표면에 어떤 원소를 첨가하여경화하고 내부는 알맞은 기계적 성질을 가지게 처리함으로써 용도에 적합한처리를 표면처리라 한다표면처리시 가열하는 데는 가열하는 온도와 속도의 두 가지가 포함된다.가열온도가 변태점(약 730℃)가 넘었느냐, 넘지 않았느냐에 따라서 열처리내용이 전연 달라진다. 변태점을 넘겨서 가열한 것의 열처리는 풀림, 불림,담금질이고 변태점을 넘지 않는 것의 열처리를 뜨임이라 한다.냉각방식에 따라 표면 처리한 내용도 전연 달라진다. 냉각방식에도규칙이 있는데 필요한 '온도범위만을, 필요한 속도로 냉각시킨다'는 것이그것이다. 필요한 온도범위란 빨갛게 달구어진 온도에서 불빛이 없어지는온도(약 550℃)까지의 범위와 약 250℃이하의 온도범위의 두 가지이다.열처리의 냉각방식에는 세 가지 형식이 있는데 차가워질 때까지 그대로내버려두어서 냉각시키는 형식인 연속냉각 및 냉각도중 속도를 바꾸는형식의 2단 냉각과 냉각시 뜨거운 액체에 담가 등온으로 유지한 후냉각하는 항온냉각의 세 가지이다. 2단 냉각법과 항온냉각법은 새로운방법으로서 응용범위가 넓고 실용가치도 높다. 항온냉각에 의한 열처리에는 항온 풀림, 항온 불림, 항온담금질, 오스템퍼, 마르템퍼, 마르퀘치등이 있다.● 표면경화법표면처리는 사용목적에 따라 표면은 경도가 크고 내부는 유연성 및인성이 큰 것이 요구될 때 사용되며 표면경화법에는 화학적인 표면경화법(침탄법, 질화법, 청화법)과 물리적인 표면경화법(화염경화법, 고주파경화법)의 두 가지가 있다.1. 화학적 표면경화법(1) 침탄법침탄이란 일반적으로 저탄소강 표면에 탄소를 침투시켜 고탄소강으로 하고, 그 후 이것을 담금질하여 표면을 굳게 하는 방법이다.탄소를 침투시키는 것만으로도 굳어지지만, 불충분하므로 다시 담금질을하는 것이다.(2) 질화법질화법은 강표면에 질소를 침투시켜 경화시키는 방법이다. 침탄과는달라서 담금질을 필요로 하지 않는다. 따라서 담금질 균열이나담금질 굽힘의 염려가 없다. 질화에는 가스질화와 솔트질화의 두가지가 있다.가스질화는 암모니아 가스속에서 질화강을 장시간 가열하는 방법이다. 질화경도는 질화경도는 Hv 1000∼1300이며, 내마모성,내화성이 큰 것이 특징이다.솔트질화는 시안을 함유하는 소금을 사용하여 30∼60분간 처리하면 된다. 가스질화보다도 얕게 질화하는데 이용된다.질화법의 장점은 마모 및 부식에 대한 저항이 크고 담금질이 필요없으며 변형이 적고 경화층은 얇으나 경도는 침탄한 것보다 매우높으며 600℃이하에서는 경도감소 및 산화도 일어나지 않는다.(3) 청화법C, N이 철과 작용하여 침탄과 질화를 동시에 일어나게 한다. 또한침탄 질화법이라고도 한다. 장점은 변형이 적고 산화가 방지되며온도조절이 용이하나 비용이 많이 들며 침탄층이 얇고 유독가스가발생한다.2. 물리적 표면경화법(1) 화염 경화법화염경화는 산소-아세틸렌화염으로 제품의 표면을 외부로부터가열해서 담금질하는 방법이다. 산소-아세틸렌화염 온도는 약 3500℃이므로 강의 표면을 녹이지 않도록 주의하여야 한다. 담금질후에는 150∼200℃로 템퍼링을 한다. 화염경화한 강의 경도는대체로 그의 C%에 의하여 결정된다.(2) 고주파 경화법고주파 담금질은 고주파전로를 응용한 가열방법으로 표면 처리하는방법이다 고주파경화는 급속 가열법이기 때문에, 퀘칭 온도를 보통경우보다 30∼50℃높게 할 필요가 있다. 고주파 경화 후에는150-200℃로 뜨임한다. 고주파 경화법의 특징은 표면부분에에너지가 집중되므로 가열시간이 단축된다. 소재의 변형을 최소로억제할 수 있으며 탈탄의 염려가 없다는 것이다.● 열처리법금속재료가 각종 사용목적에 따른 기능을 충분히 발휘하려면 각 용도에적당한 성분을 가진 재료를 선택하여야 하고, 그 재료의 내부 결정 조직이목적하는 용도에 가장 적합한 상태로 조절되는 것이 필요하다. 이 조절방법으로 금속을 적당한 온도에 가열 및 냉각 등의 조작을 하여 목적한성질을 부여하여야 한다.

공학/기술| 2002.06.08| 5페이지| 1,000원| 조회(1,233)

열처리, 표면처리, 표면경화

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