안녕하세요. 김상규 전문가입니다.
기계공학
Q. 기계 설계시 공압 시스템이라고 하는데 이거 뭐를 의미 하는건가요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.기계 장치에 있어유압 시스템은 들어 보셨을 겁니다.유압장치는 파스칼의 원리를 이용한 장치로밀폐 용기 속 비압축성 액체의 한 점에 압력을 증가시키면액체 내 다른 모든 점의 압력이 그 것과 동일한 크기만큼 증가한다믄 원리로유체압력 전달 원리 라고도 하는데요문제는 비압축성 유체 라는 가정 하에서만 적용됩니다.즉, 공기같은 경우는 완전히 파스칼 원리가 적용되지 못하는 거죠.즉 공기를 사용하는 공압장치는 파스칼 원리를 적용해 볼 수는 있겠으나완벽히 적용이 안된다는 면이 있습니다.유압식 공압식 장치 차이를 본다면사용되는 매체가 공기와 기름(油)으로압축성 유체인 공기를사용하느냐 비압축성 유체인 오일을 사용하느냐의 차이이고,이 차이는동력(POWER)전달의 차이와 응답성(유압기계가 응답성이좋음)으로 나타납니다.1. 공압식 콤프레셔(공기 압축기계)에 의해 공기를 압축시켜 그 압축된 공기로 일을 하는방식 대략 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)특징구조와 설비가 간단하다저렴한 가격으로 제작이 가능하여 경제적이다깨끗(청결)하다유압보다 유지, 관리가 쉽다사용할 수 있는 공기의 양이 무한하다먼 거리까지 이송이 가능하며 복귀라인이 필요 없다압축공기를 저장할 수 있다공기가 관로나 부품의 틈으로 누설 되도 기기가 오염되지 않는다힘과 속도조절이 가능하다2. 유압식 기름을 압축시키는 것이 아니고 고압의 펌프로 밀어주는 방식이므로 위치제어가 가능하다.(공압식은 공기를 압축한 것 이기 때문에 실린더의 양쪽에 같은 압력의 공기를 넣어도 실린더 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 하므로 별도의 배관이 필요하다압력은 펌프의 능력에 따라 다르지만 산업용으로는 30Kg/Cm2 정도 등이 사용되고 있다즉 작은 실린더를 갖고도 큰 힘을 낼 수 있다는 것 즉, 강한 힘이 필요하는 곳에 많이 사용된다.특징작은 장치로 큰 힘을 낼 수 있다응답속도가 빠르다원격조정이 가능하다과부하 방지가 쉽고 정확하다힘의 조정이 쉽고 정확한 위치제어가 가능하다속도제어가 가능하다진동이 적다내구성, 윤활특성이 좋다최대부하 상태에서도 출발 가능하다공압에 비하여 더 큰 힘을 전달 할 수 있다. 정도로 구별해서 볼 수 있겠습니다.
기계공학
Q. 엔진을 설계하기 위해서는 어떤 방법을 쓰나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.엔진 설계에 있어서일반적인 단계를 나열해 보겠습니다.1, 요구사항 정의 엔진이 필요로 하는 성능, 용량, 연료 종류, 출력 등 같은 요구사항 정의2, 기획/ 설계 엔진의 초기 개념을 기획하고 설계하며, 이 단계에서는 CAD 소프트웨어를 사용하여 2D 및 3D 모델링을 수행3, 시뮬레이션 및 분석 설계된 엔진 모델을 시뮬레이션하여 성능을 분석하고 최적화를 위한 수정을 진행하며, 이 과정에서는 열역학, 유체 역학, 응력 해석 등의 시뮬레이션을 수행으로 분석 진행4, 프로토 타이핑 설계가 완료되면 실제 부품을 제작하기 위해 프로토타입을 제작하며, 이 단계에서는 CNC 기계를 사용하여 부품을 생산하는데 특히 최근에는 3D 프린팅 기술을 활용하여 더 단시간에 제작가능하여 효율성이 증가5, 테스트 / 검증 제작된 프로토타입 엔진으로 실험실에서 동적 및 정적 시험을 실시하거나, 실제 자동차에 장착하여 도로 테스트 등을 통해성능, 내구성, 효율성 등을 평가6, 최적화 및 디자인 개선 시험 결과를 바탕으로 설계 수정, 재시뮬레이션, 부품 재제작 등을 포함한 과정으로 엔진을 개선하고 최적화7, 생산 최종적으로 검증된 디자인 모델을 바탕으로 대량 생산을 위한 생산 라인을 설정하고 엔진 부품을 제작8, 품질테스트 / 인증생산된 엔진 부품에 대한 품질 테스트를 수행하고, 관련 인증 기구를 통해 안전 및 규정 준수 여부를 검증하여엔진이 상용화 가능하게 함이런 복잡한 단계에서다양한 기계 공학, 열역학, 자동차 공학, 소재 과학 등 다양한 분야의 전문가들이 과정에 참여/ 협업하여엔진 설계 및 제작이 이뤄집니다.
기계공학
Q. 엔진을 구성하는 요소는 어떤게 있을까요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.엔진에는 여러 종류가 있겠으나자동차 엔진에 초점을 두고 구성요소를 나열해 보겠습니다.1, 엔진블록 엔진의 골격으로 볼 수 있으며, 실린더와 크랭크케이스가 일체형으로 구성된 부위 입니다 이는 엔진의 기본적 구조를 형성하며, 내부에서 연소과정이 일어나는 공간입니다.2, 실린더 헤드 엔진 블록 위에 위치하면서 , 연소실 일부를 구성합니다. 밸브, 스파크 플러그 및 연료 분사 노즐 같은 중요 부품을 포함하면서, 연소과정을 컨트롤 합니다.3, 피스톤 실린더 내에서 상하로 운동하며, 연료/ 공기의 혼합물이 연소될 때 발생하는 힘을 크랭크 축으로 전달 합니다. 이 운동이 자동차 동력 생성의 기본 원리 입니다. 4, 크랭크 축 피스톤의 직선왕복운동을 회전운동으로 변환하는 부위로, 이 회전운동은 자동차 바퀴로 전달되는 축에 연결되어 동력으로 전환 됩니다.5, 캠축 밸브의 개 폐를 제어하며, 엔진이 효율적으로 공기를 흡입하고, 연소 후 배기가스 배출에 관여 합니다. 캠축의 정밀한 타이밍이 엔진의 전체적 성능에 밀접한 영향을 끼칩니다.이런 구성요소들의 긴밀한 연결과 각 부품의 정확한 작동이 전체 엔진 성능을 결정합니다.효율을 향상 시키는 기술에는1, 터보차저/ 수퍼 차저 엔진에 더 많은 공기를 강제주입하여 연소 효율을 증가시키는 장치로터보는 배기가스 에너지 사용, 수퍼차저는 엔진 자체에 의해 구동 되며특히 작은 엔진에서 더 대용량 엔진과 유사한 성능을 발휘하게 가능2, 다이렉트 연료 분사 연료를 실린더 내부로 직접 분사하여 연소효율 개선하는 방식으로 연료/공기 혼합물 제어를 더 잘할 수 있고 연소과정 최적화로 연료소비 줄이고 출력 증가가 가능3, 하이브리드 내연기관과 전기모터 결합하려 연료 소비 줄이는 방식으로저속에서 전기모터가 내연기관 보조하고고속에서 추가적인 동력을 제공하여 연료효율이 좋고, 환경적으로도 저공해 4, 가변밸브 타이밍엔진 밸브 개폐시기 조절로 , 엔진성능/ 연비/ 배출가스 개선 기술로다양한 운전조건에서 최적성능발휘 및 저속/ 고석에서 엔진 효율 향상등의 기술이 있겠습니다.
기계공학
Q. 기계공학 학과를 가기 위해 미리따놓으면 좋은 자격증은 무엇이 있을까요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.학교에 따라 입시요강이 다르기에관련 자격증 보유가 생활기록부 등 점수 감안에 따라 도움이 될 수도 있긴 합니다만꼭 관련 자격증이 도움이 되는 부분은 아닙니다.그 이외의 목적으로기계공학과 커리큘럼에 따른 수업을 받는데 있어서가장 중요한 부분은4대역학에 대한 지식이고그 4대역학을 위해서 기본적으로 수학 및 물리학 지식이 토대가 되어야 합니다만기계공학 관련 자격증을 공부함에 있어서도 관련 지식들이 적용됩니다기계공학 관련에 전반적으로 도움이 되는 자격증이라면무엇보다도 일반 기계 기사 및 기계 설계 기사 가 가장 도움이 된다 하겠습니다.일반기계기사는재료역학, 기계제작법,기계설계 및 기계재료,기구학 및 CAD 까지 필기과목에 포함되어 기계공학 전반에 걸친 지식과 능력을 겸비 가능합니다.기계 설계 기사도 과목이 비슷하여 계설계기사 종목이 2024년 1.1.부터 일반기계기사로 통합되었습니다.결론적으로일반기계기사 자격증이 가장 유효하다 볼 수 있습니다.이 자격증관련 내용은기계공학과 졸업 후에도각 기업 면접 시 출제되는 문제의 내용과도 거의 부합되는 내용들 되겠습니다.
기계공학
Q. 자동차와 동력 및 진동에서 자동차에 발생하는 진동을 줄일수 있는 기술은 무엇인가요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.자동차의 진동과 소음 저감은발생원에 따라 원인과 대책으로 나눠 나열해 보겠습니다.1, 공기 전달음의 원인과 대책엔진 소음 : 헤드커버, 오일팬 방사음 발생 용이한 구조 → 구조 보완(리브, 덧살), 복합 강판 채용 등배기계 소음 : 배기관 방사음 → 이중 파이프 구조, 소음기, 내부 공명기 설계 최적화, 배기관의 능동소리형 / 능동 절환형 배기계 설계흡기계 소음 : 성능과 상충(배기계와 유사) → DUCT, 공명기 구조, 위치 최적화, 재료 및 구조 개선 등차체 흡차음 대책 : 차체가 막는 방법 요구되나, 차체 경량화 부분과 대치됨 → 열린 틈새 제거, 평판구조 보강, 제진재 이용 댐핑 증대, 복합재료 적용, 구조 개선, 흡음재 사용2, 진동 전달계의 원인과 대책방진 지지계 대책 : 인슐레이터, 부싱, 패드, 커플러, 고무 등 : 충분한 강성과 내구력으로 시스템 지지, 동시에 유연성 감쇄력 확보(양립된 요구) → 방진 지지계에 적극적인 성능 향상, DUAL 인슐레이터, 기존 인슐레이터에 MASS SPRING SYSTEM 삽입전달계 구조 대책: 부밍, 쉐이크, 럼블 : 대책안 제시 어려움, 흔히 발생, 엔진 및 구동계로 부터 진동 입력에 대해 전달 계통 및 차체 구조가 공진함에의해 발생, 에너지가 크고, 차 실내 공명으로 증폭 가능차체 구조의 진동 소음 대책: 차체는 전달계, 응답계의 역할을 동시 수행 함 1) 진동 측면 : 운전자에게 최종적인 응답계 2) 소음 측면 : 전달된 진동 입력에 반응 → 실내 음장 형상 방사 매개체 대책 : 전달계 / 가진원 대책 한계, 반드시 차체의 충분한 구조 강성 보완 → 고유 진동수 증대 필요전체적으로 요약하자면 저소음, 저진동 파워트레인 개발엔진 마운트, 섀시부품등의 전달계 최적화고강성 차체 개발흡차음재 최적화 * 강성증대를 위한 구조 보강, 다이나믹 댐퍼 추가, 고중량 흡차음재 적용 → 원가, 중량 상승 → 수익성 개선, 중량 감소 위해 근본적인 개선, 초기 단계 최적화 된 차체와 섀시 시스템 적용 필요정도로 정리 가능하겠습니다.