안녕하세요. 김상규 전문가입니다.
기계공학
Q. 공압 시스템이라는 용어에 대해 알고 싶은데요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.기계 장치에 있어시스템 동작을 위한 힘전달 시스템의 한 종류로유체의 힘에 의해 동작시키는 시스템을 일종으로가장 대표적인 것이 유압시스템입니다.유체의 압력에 의한 시스템으로유압장치는 파스칼의 원리를 이용한 장치로밀폐된 공간에 담겨있는 유체에일정한 힘을 가하면 이 힘은 담겨있는 유체 내의 모든 점에 골고루 전달되어 작용한다는 원리입니다.1653년 프랑스 물리학/수학자 가 발표한 원리로조건은비압축성 이라야 한다는 것입니다.실제로 물이나 기름도 압축을 하지만 아주 미미하기에 무시하며공기는 압축성이 물/기름에 비해 크기에 공기같은 경우는 완전히 파스칼 원리가 적용되지 못하는 거죠.즉 공기를 사용하는 공압장치는 파스칼 원리를 완벽히 적용할 수는 없는 면이 생깁니다.유압식 공압식 장치 차이를 열거해 본다면일단 사용되는 매체가 공기와 기름으로서압축성 유체인 공기를 사용하느냐 비압축성 유체인 오일을 전용 유체로 사용하느냐 여부이며,이 차이는 동력전달의 차이와 시스템 응답성으로 나타납니다.1. 공압식컴프레셔(공기 압축기계)에 의해 공기를 압축 시켜 그 압축된 공기의 힘으로 일을 하는 방식대략 10Kg/Cm2 압력을 올릴 수 있으나 대개의 경우 5Kg/Cm2 정도로 사용하고 있다.(즉 실린더의 직경이 크면 클수록 면적이 커지므로 큰 힘을 낼 수 있다는 것)2. 유압식기름을 압축시키는 것이 아니고 고압의 펌프로 밀어주는 방식이므로 위치제어가 가능하다.(공압식은 공기를 압축한 것 이기 때문에 실린더의 양쪽에 같은 압력의 공기를 넣어도실린더 로드가 있는 쪽의 면적이 적어서 밀림 현상이발생하지만유압은 압축되지 않기 때문에 그 자리에 정지 시킬 수 있는 것)펌프로 기름을 일정한 압력으로 실린더에 보내 일을 시키는 장치로서공압식에는 없는 기름탱크가 있으며 고압의 장치이므로 안전장치들을 설치해야 한다.또한 공압식은 이미 사용된 공기를 대기로 내보내면 되지만 유압은 다시 기름탱크로 되돌려 와야 하므로별도의 배관이 필요하다압력은 펌프의 능력에 따라 다르지만 산업용으로는 30Kg/Cm2 정도 등이 사용되고 있다즉 작은 실린더를 갖고도 큰 힘을 낼 수 있다는 것즉, 강한 힘이 필요하는 곳에 많이 사용된다.이렇게 공압과 유압을 구별해서전체적인 유체압력 시스템을 살펴봤습니다.
기계공학
Q. 기계 시스템의 열역학적 효율성을 어떻게 최적화 할 수 있나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.카르노 사이클의 과정을 적용시켜 기계시스템을 살펴 본다면카르노 사이클(Carnot cycle)에서의 모든 과정들이 가역적이고 준-안정 상태에서 진행됩니다. 열효율과 성적계수(COP)는 무한히 천천히 진행된 다고 가정하였을 때의 값입니다. 과정의 진행 기간은 무한히 길기 때문에 유한한 전열 면적을 가진 열기관의 입력 양, 열펌프의 열 부하, 냉 장고의 냉동 부하를 구하는 것은 불가능합니다. 만약 카르노 사이클로 동작하는 열기관의 출력과 열펌프의 열 부하, 냉장고의 냉동 부하를 알고 싶다면 열교환기의 면적은 무한히 커져야 합니다.카르노 사이클의 열효율과 COP는 큰 의미를 갖지 못합니다.단지 실제 열기관, 열펌프 및 냉장고에서 약간의 성능 상 가이드를 제공 합니다. 실제 모든 열역학적인 과정들은 유한 시간에서 유한 크기의 장치에서 일어 나므로 열역학적 평형을 만족하는 것은 불가능합니다즉 시스템과 주변 사이에서 벌어지는 것은 비가역 상태입니다.이런 이유로 가역적인 카르 노 사이클은 열효율의 최고치로 생각되고 있으나 실제 열기관의 비교 표준으로는 적합하지 않습니다.열 시스템의 성능 한계와 열역학 과정의 최적화와 유한 시간, 유한 비 율, 유한 크기 조건의 사이클은 물리와 공학에서 유한 시간 열역학 (FTT, Finite Time Thermodynamics), 흡가역 열역학, 엔트로피 발생 최소화(EGM) 또는 열역학 모델링과 최적화가 진행되고 있습니다.
기계공학
Q. 기계설계를 할때 나사체결과 용접등으로 하는것도 표기를 할수 있나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.기계 설계에 있어서접합부 설계 또한 설계의 중요한 포인트 입니다.모멘트 전달 및 응력 등 기계 시스템 에서의 역학적인 구조를 유지하기 위한접합부 설계는동/정역학 및 재료역학 적 지식에 기반해 설계되며설계 도면에서구조도면의 접합 상세도로서 나타내야 하겠습니다.
기계공학
Q. 비행기 날개 같은것도 설계를 한다면 물리나 다른 과학적인것도 고려 하나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.1, 항공기 날개 구조의 역할과 중요성 날개는 비행 중 항공기를 지탱하는 양력을 생성하며, 동시에 다양한 하중을 견디고 분산하는 역할을 합니다. 날개 구조는 그 설계와 재료에 따라 항공기의 성능과 안정성에 큰 영향을 미치며, 비행의 효율성을 결정짓는 핵심 요소입니다.구조적 설계항공기 날개는 공기역학적 효율성과 구조적 강도를 동시에 고려하여 설계됩니다. 날개는 외부의 공기 흐름을 관리하며 양력을 생성해야 하므로, 날개의 형태는 비행 성능에 직접적인 영향을 미칩니다. 일반적으로 날개는 아래쪽보다 위쪽이 더 곡선형인 비대칭 단면을 가지며, 이는 공기가 날개 위로 흐를 때 더 빠르게 이동하도록 하여 양력을 생성합니다.날개의 구조적 설계는 이러한 공기역학적 요구 사항을 충족하면서도 외부 하중, 특히 항력과 중력, 그리고 비행 중 발생하는 다양한 힘을 견딜 수 있도록 강하게 만들어져야 합니다. 이를 위해 날개는 내부에 강력한 구조를 가지며, 외부에는 공기역학적 피복이 덮여 있습니다.주요 구성 요소1, 스파(Spar): 스파는 날개의 주 구조물로, 날개를 가로지르는 형태로 배치되어 날개의 대부분의 하중을 지탱합니다. 스파는 날개의 골격 역할을 하며, 비행 중 발생하는 굽힘 하중과 비틀림 하중을 견딥니다. 날개의 강도와 강성은 스파의 설계와 재료에 크게 좌우됩니다.2, 리브(Rib): 리브는 스파에 직각으로 배치되어 날개의 단면 형상을 유지하게 합니다. 리브는 날개의 외부 형태를 고정하고, 스파와 함께 날개의 전체적인 강도를 높입니다. 리브는 또한 날개의 피복이 고르게 분포되도록 도와 공기역학적 성능을 최적화합니다.3, 피복(Skin): 날개의 피복은 날개의 외부를 덮고 있는 얇은 재료로, 공기역학적 표면을 제공합니다. 피복은 공기 저항을 줄이고, 공기 흐름을 원활하게 하며, 동시에 날개의 내부 구조를 보호하는 역할을 합니다. 현대 항공기에서는 피복에 알루미늄 합금이나 복합재료가 사용됩니다.4,보강재(Stiffener): 보강재는 날개 내부에서 스파와 리브를 연결하거나 보강하는 구조물입니다. 이들은 날개 전체의 강성을 높이고, 특히 고속 비행 중 발생하는 비틀림을 방지합니다.날개의 역할가장 중요한 역할은 양력을 생성하는 것입니다. 양력은 비행기를 공중에 띄우는 힘으로, 날개 위와 아래의 공기 압력 차이에 의해 발생합니다. 날개는 비행 중 항공기의 중량을 지탱하며, 양력을 통해 항공기가 상승하고 유지될 수 있도록 돕습니다.날개는 또한 항공기의 안정성에 중요한 역할을 합니다. 날개의 설계와 각도는 비행 중 항공기의 균형을 유지하고, 조종사의 제어 입력에 민감하게 반응하도록 합니다.날개의 중요성항공기 구조의 핵심이며, 비행의 성공 여부를 결정짓는 중요한 요소입니다. 날개의 설계와 강도는 항공기의 성능, 안정성, 그리고 연료 효율성에 직접적인 영향을 미칩니다. 항공기 설계자들은 날개의 형태와 재료, 그리고 내부 구조를 신중하게 선택하여 비행기의 요구 사항을 충족시킵니다. 특히, 현대 항공기에서는 경량화된 복합재료를 사용하여 강도를 유지하면서도 무게를 줄이는 데 중점을 두고 있습니다.또한, 날개의 역할은 항공기의 안정성과 안전성을 보장하는 데 필수적입니다. 날개의 손상이나 결함은 비행기의 안전을 위협할 수 있으며, 비행 중 날개의 손상은 치명적인 결과를 초래할 수 있습니다. 따라서 날개의 구조적 설계와 유지보수는 항공기 운영에서 매우 중요합니다.
기계공학
Q. 인덱스 타입의 기계장치가 가지는 장점?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.인덱스란 할출 기기 라고도 명명하며한 방향으로 정류-위치결정-정류의 주기적·간헐적 동작을 하는간헐적 할출기기와 직진운동을 회전운동으로 바꾸어 동작을 수행하는 할출기기가 있습니다.캠 방식 간헐적 할출기기로는 롤러 기어 캠, 병렬 캠, 배럴 캠 3가지 형식이 있습니다.입력 1회전 속에서 출력축을 나누는 구간(인덱스)과 출력축이 정지하는 구간(정류장)이 있고,정지하는 구간에서는 입력축이 회전하고 있을 때 출력 축은 회전하지 않으므로인덕션 모터 등에서도 위치 결정이 가능합니다.(4분할의 인덱싱 기기에서는 입력축이 1회전하면 출력축은 90도 회전한다.)한편 캠 방식 할출기기는 피스톤의 직진 운동과 맞물리는 캠의 곡률(형상)에 의해출력 축의 이동량을 결정하여 운동당 할출수를 설정합니다.인덱스 기기류는, 다분할로의 할출(4할출이나 12할출 등)이 가능하기 때문에많은 공정의 작업이 요구되는로터리형 자동 조립 기계 가공 기계, 자동 포장 기계 등 의 베이스 머신에 널리 사용되고 있습니다.