안녕하세요. 김상규 전문가입니다.
기계공학
Q. 엔진의 베어링은 어떤 역할을 하는 건가요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.1, 엔진 베어링 작동 방식엔진 베어링의 작동 원리는 엔진 회전 부품의 특정 기하학적 위치 제약을 충족하기 위해 내부 및 외부 롤링 링과 여러 롤링 요소 사이의 "롤링-슬라이딩" 복합 모션 모드를 사용하는 것입니다. 롤링 접촉은 거대한 것을 전달합니다. 방사형 엔진 작동 중에 발생하는 축 추력과 구름 운동 특성으로 인해 내륜과 외륜 사이의 운동 저항과 에너지 손실을 크게 줄입니다.2, 엔진 베어링의 주요 기능 / 역할 회전 구성요소 지원: 엔진 베어링은 엔진 블록 내 크랭크샤프트 및 커넥팅 로드와 같은 중요한 구성요소의 원활한 회전을 지원하고 촉진합니다. 마찰 감소: 작동할 수 있는 저마찰 표면을 제공하여 크랭크샤프트와 엔진 블록과 같은 움직이는 부품 사이의 마찰을 최소화하는 데 도움이 됩니다. 베어링 작동 하중: 엔진 작동 중에 크랭크샤프트와 같은 회전 부품은 피스톤의 엄청난 연소 충격력과 토크 하중을 견뎌야 합니다. 또 다른 중요한 엔진 베어링의 기능은 이러한 심각한 동적 하중을 전달하고 회전 부품이 변위되거나 손상되는 것을 방지하는 것입니다. 충격 흡수: 엔진 연소 과정에서 발생하는 충격과 진동을 흡수하고 완화하여 엔진 작동을 더욱 부드럽고 조용하게 해줍니다. 유지 윤활제: 엔진 베어링은 오일막을 유지하고 엔진 전체에 적절한 오일 흐름을 보장하여 움직이는 부품 사이의 적절한 윤활을 유지하는 데 도움을 줍니다. 정도로 나열 가능하겠습니다.
기계공학
Q. 열역학의 제1법칙과 제2법칙의 개념과 차이점은 무엇인가요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.열역학 제1법칙은 에너지 보존 법칙이라고도 하며, "에너지는 생성되거나 파괴되지 않고, 단지 다른 형태로 변환될 뿐"이라는 원리를 설명합니다. 이는 계에 가해진 열(Q)이 시스템 내부 에너지를 변화시키거나, 일을 하는 데 쓰인다는 개념입니다.예시로는 자동차 엔진을 들 수 있는데 연료가 연소하면서 발생한 열이 엔진의 피스톤을 밀어 일을 하게 됩니다. 이 과정에서 열에너지가 기계적 에너지로 변환되며, 열역학 제1법칙에 따라 연료에서 발생한 에너지가 엔진에서 일을 하거나 일부는 배기가스로 배출됩니다.열역학 제2법칙은 엔트로피(Entropy)라는 개념을 통해, 자연 현상에서 에너지의 자발적 흐름에 대한 제한을 설명합니다. 이 법칙에 따르면, 고온에서 저온으로의 자발적인 열 이동은 가능하지만,그 반대는 외부에서 에너지를 가하지 않으면 불가능하다는 것입니다. 또한, 고립된 계에서 엔트로피는 항상 증가하거나 일정하게 유지되며, 감소할 수 없습니다.이걸 억지로 해석하자면 무질서 의 개념 정도 되는데물과 설탕을 섞어 설탕물이 되는 과정을 예를 들면컵에 든 물 속에 막 설탕을 넣은 상태는 엔트로피가 낮은 상태라 하면시간이 흐르면서 물전체가 고르게 설탕물이 되었을 때를 엔트로피가 높은 상태라 부르게 됩니다.이와같이 세상 모든 것은 엔트로피가 낮은 상태에서 높은 상태로 향하게 됩니다.이렇게 엔트로피는 증가한다 는 법칙이 열역학 제 2 법칙으로모든 에너지 중 열에너지가 엔트로피가 가장 높기에전기 및 운동에너지 등 모든 에너지는 결국 열에너지로 바뀌고,그 반대과정은 엄청 힘들다는 것을 말합니다.예시로는증기기관을 들 수 있는데 고온의 증기로부터 일을 하지만, 이 과정에서 일부 에너지는 열로 손실됩니다. 열역학 제2법칙에 따르면, 완벽하게 에너지를 기계적 일로 변환할 수 없으며, 일부는 항상 손실되어야 합니다.
기계공학
Q. 3D 프린팅과 설계는 별개로 진행이 된는건가요? 아니면 시너지 인가요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.3D 프린팅 이라 해서도면이 필요없는 것은 아닙니다.기본적으로 원하는 기계적 설계물에 대한 도면을 입력해야3D 프린터 에서 적층 방식으로 출력을 하게 됩니다. 3D프린팅 도면 제작용 프로그램으로 엔지니어가 표현가능한 수준의 도면과 형상이 너무 비정형적이라 도저히 프로그램으로 제작이 불가능할 경우 3D 스캐너를 통해 스캔 형식으로 도면을 제작하게 됩니다. 스캐너에는 크게 접촉식/ 비접촉식 방식으로 나뉘게 됩니다.3D 프린팅이 설계에 있어서 시너지를 내는 장점은비용절감평상 시 기계제작 시 많은 자재가 낭비되나, 3D 프린팅 통한 필요한 만큼의 자재만 사용하여자재비도 줄고 폐기물도 감소합니다.또한 생산과정에서의 금형제작 등 추기비용 또한 들지 않아기존 방식에 비해 비용이 절감됩니다.빠른 제작 및 유연3D 프린터를 통해 생산속도 향상 및 유연성 향상으로 시장변화에 신속 대응 가능하고프로토타입 (시제품) 생산을 신속히 가능하여, 개선사항을 즉시 반영 가능하기에개발 및 생산 기간이 단축 됩니다.설계 자유도 향상기존 제조 방식(절삭가공 및 금형가공 등) 으로는 불가능 한복잡한 형태의 제품도 쉽게 제작가능하여 설계 자유도가 상승 합니다.간단히 이 정도의 영향만 하더라도3D 프린터의 존재는기계설계에 있어서 엄청난 시너지를 발휘하고 있습니다.
기계공학
Q. 태양광 패널 기계 설계에 따라서 전기를 많이 생산 하고 덜 생산 하고 차이가 있나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.말씀대로태양광 판넬도 판넬의 설계방식 종류에 따라효율차이가 큽니다.최근 생산되는 박막 형식으로 나열해 본다면1, 박막 태양광 판넬 기존 결정질 실리콘 태양광 패널에 비해 슬림하고 가벼운 디자인이 특징입니다. 이는 유리, 금속 또는 플라스틱과 같은 기판에 증착된 비정질 실리콘, 카드뮴 텔루라이드 또는 구리 인듐 갈륨 셀렌화물(CIGS)과 같은 광전지(PV) 재료의 얇은 층을 사용하여 만들어집니다.이 패널은 기존 태양광 패널과 동일한 기본 원리로 작동하여 태양광을 전기로 변환합니다.2, 종류 및 판넬 효율 차이 박막 태양 전지 패널의 효율성은 일반적으로 10%에서 12% 사이이지만 이는 특정 기술과 제조업체에 따라 다를 수 있습니다.카드뮴 텔루라이드(CdTe) CdTe 패널은 일반적으로 약 11%~12%의 효율을 갖습니다. 이는 비교적 높은 성능 대 비용 비율로 알려져 있으며 대규모 설비에 사용됩니다.구리 인듐 갈륨 셀렌화물(CIGS) CIGS 패널은 약 12%~14%의 효율을 달성할 수 있습니다. 다른 박막 기술에 비해 저조도 조건에서 더 나은 성능을 제공합니다.비정질 실리콘(a-Si) a-Si 패널은 일반적으로 약 8%~10%의 효율을 갖습니다. CdTe 및 CIGS보다 효율은 낮지만 더 유연하고 다양한 표면에 통합될 수 있습니다.3, 기존과 박막 비교 실리콘을 사용하는 전통적인 태양광 패널은 일반적으로 약 15%~20% 또는 그 이상의 효율을 달성합니다. 즉, 박막 패널에 비해 제곱미터당 더 많은 햇빛을 전기로 변환한다는 의미입니다. 반면 박막 패널은 일반적으로 10%에서 12% 사이의 효율을 갖습니다. 이는 낮은 효율이지만, 그에 대비되는 장점은 유연성, 가벼운 무게, 낮은 제조 비용에 있습니다. 이는 공간이 제한된 응용 분야나 일부 현대 차량이 성능과 사용자 경험을 극대화하기 위해 기술을 통합하는 방식과 유사하게 태양광 패널을 비전통적인 표면에 통합하는 데 적합할 수 있습니다.일부 경우를 들어서 설명드렸는데 도움이 되었으면 합니다.
기계공학
Q. 이상 기체의 방식의 개념은 무엇일까요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.1, 개념 이상기체 상태방정식은 기체의 압력, 부피, 온도, 몰수 중 어느 하나를 알고 있으면 나머지 값을 계산할 수 있고,기체의 변화를 예측하는 데도 유용한 방적식입니다.수식을 보면다음과 같이 표현되는데PV=nRT여기서 P는 압력, V는 부피, n은 몰수, R은 이상기체 상수, T는 절대 온도를 나타냅니다.이 식은 기체의 상태를 정량적으로 나타내는 데 사용되며, 다양한 기체 관련 문제를 해결하는 데 유용합니다.이상기체 상태방정식은 이상적인 기체 모델을 기반으로 합니다. 이상기체란 기체 입자 간 상호 작용이 무시 가능하고, 입자의 크기는 부피에 비해 무시할 수 있을 만큼 작은 기체를 말합니다. 실제로는 모든 기체가 이상적인 조건을 완벽하게 만족하는 것은 아니지만, 많은 경우에 이상기체 모델은 기체 행동을 잘 설명하고 예측할 수 있는 유용한 도구가 됩니다.2, 응용 실생활에서 만나는 이상기체 상태방정식 의 활용을 나열해 보면풍선: 풍선에 공기를 불어넣으면 풍선의 부피가 증가하고 압력이 높아집니다. 이는 이상기체 상태방정식에서 확인할 수 있는 현상입니다.자동차 타이어: 자동차 타이어는 타이어 내부의 공기 압력을 유지하여 주행 중 안정성을 확보합니다. 타이어의 압력은 온도 변화에 따라 달라지며, 이는 이상기체 상태방정식으로 설명할 수 있습니다.고압 용기: 잠수부들이 사용하는 산소통이나 가스 용기는 이상기체 상태방정식을 이용하여 안전하게 고압의 기체를 저장하고 사용할 수 있습니다.기상 예보: 기상 예보는 대기 중의 기온, 습도, 기압 등을 측정하여 기상 현상을 예측합니다. 기압은 이상기체 상태방정식을 이용하여 계산되며, 정확한 기상 예보에 중요한 역할을 합니다.화학 반응: 화학 반응에서는 기체가 생성되거나 소비되는 경우가 많습니다. 이상기체 상태방정식을 이용하여 생성되는 기체의 부피나 소비되는 기체의 양을 계산할 수 있습니다.