안녕하세요. 김상규 전문가입니다.
기계공학
Q. 전동드릴을 사용할때 밑에 버튼을 누르면 왼쪽으로 돌아가고 오른쪽으로 돌아가던데 그건 어떤 원리 인가요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.모터는 도선이 자기장 안에 있을 때 받는 힘인 전자기력에 의해 토크를 얻게 되는데, 브러시(brush)라는 부분이 도선과 닿는 부분이 수시로 바뀌며 돌기 때문에 회전방향이 유지되며 빠른 속도로 돌아갈 수 있습니다드릴 내 모터를 작동시키는 브러시의 위치를 기계적으로 변경하여 자극을 이동시켜 회전방향을 바꾸는 방식입니다계자의 N 극을 기준했을 경우아마추어가 왼쪽에 같은 극이 위치하는 지오른쪽에 같은 극이 위치하는 지에 따라 방향이 바뀝니다같은 극 끼리 밀어내는 원리를 사용한 간단한 스위치 입니다.
기계공학
Q. 예초기가 작동하는 원리에 대해 알려주세요
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.예초기는동력방식별로 구분이 가능한데요크게 엔진식과 전기식으로 구분됩니다. 엔진식 예초기는 가솔린 등의 연료를 태워 엔진을 구동시키는 구조이며, 전기식 예초기는 전기를 이용해 엔진이 아닌 모터를 구동시켜 작동하는 예초기입니다. 요즘은 배터리를 이용한 충전식 전기 예초기도 많이 사용되고 있습니다. 동력방식별 나열해보면1, 2사이클 엔진식 예초기가솔린(휘발유)의 압축·폭발 단계를 거치는 2사이클 예초기는 출력(힘)이 가장 높고 잔고장이 적습니다. 가격이 저렴하며 고장 시 수리가 쉽다는 장점이 있다. 하지만 연비가 낮고 진동, 소음, 매연이 많습니다. 또한 가솔린과 엔진오일을 비율에 맞춰 혼합해야 하는 번거로움이 있으며 관리가 불편하다는 단점이 있습니다.2, 4사이클 엔진식 예초기4사이클 예초기의 경우 2사이클에 비해 진동과 소음, 매연이 적고 가솔린과 엔진오일을 섞지 않아도된다는 편리함이 있습니다. 내구성과 연비도 좋은 편이지만 2사이클에 비해 힘이 떨어지고 가격이 비싼 것은 단점이며. 고장 시 수리비가 많이 든다는 것도 단점입니다3, 가스식 예초기LPG부탄가스를 동력원으로 사용하는 예초기입니다. 가솔린 엔진식에 비해 상대적으로 관리가 편하며 카브레터(기화기)에 따른 고장이 적습니다. 힘은 엔진식에 비해 상대적으로 약하고 가격은 비싸지만 사용 후 관리가 편하며 부피가 작다는 것이 장점입니다. 성묘 벌초 등 무겁지 않은 작업을 주로 하는 분들에게 추천하는 예초기입니다.4, 전기식 예초기전기를 이용해 엔진이 아닌 모터를 회전시키는 방식으로 작동하는 예초기입니다. 비교적 간편하게 사용할 수 있고 관리가 편한 것이 특징입니다. 하지만 전원이 없는 곳에서는 사용 시 제약이 따른다는 점은 단점인데요, 엔진식 예초기나 가스식 예초기에 비해 힘이 떨어진다는 것 역시 단점입니다.5, 충전식 예초기일반적인 충전식 전동공구처럼 리튬-이온 배터리를 사용하는 예초기를 말하는데요. 전기식과 같이 관리가 편할 뿐만 아니라 장소적인 제약이 없으며 무게가 가볍다는 것이 장점입니다. 관리도 무척 편리합니다만 작업 시간이 상대적으로 짧고 가격이 비싸다는 단점이 있습니다. 배터리 발전에 따라 작업 시간이 점차 길어지는 추세이며 정원 가꾸기 및 성묘 벌초용으로 좋습니다.
기계공학
Q. 유압식 기계와 공압식 기계가 있는데 이 차이점은 뭔가요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.일단은 유압식 기계는파스칼의 원리를 기본으로 합니다.밀폐된 용기 속 비압축성 액체에 압력을 가하면이 압력은 모든방향 , 모든 면에 동일한 크기로 작용한다 는 원리즉, 밀폐 용기속 비압축성 유체의 한 점에 압력을 증가시키면,유체 내 다른 모든점의 압력이 그것과 동일한 크기만큼 증가한다는 것을 이용합니다.자 이제 유압식과 공압식을 차이를 본다면사용되는 매체가 공기와 기름으로압축성 유체인 공기를 사용하느냐 비압축성 유체인 오일을 사용하느냐의 차이이고,이 차이는 동력(POWER)전달의 차이와 응답성(유압기계가 응답성이좋음)으로 나타납니다.둘의 방식을 열거하여 비교되도록 해보겠습니다.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 있습니다.(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 가능합니다.(공압식은 공기를 압축한 것 이기 때문에 실린더의 양쪽에 같은 압력의 공기를 넣어도 실린더 로드가 있는 쪽의 면적이 적어서 밀림 현상이발생하지만 유압은 비압축성 유체이기 때문에 그 자리에 정지 시킬 수 있는 것) 펌프로 기름을 일정한 압력으로 실린더에 보내 일을 시키는 장치로서공압식에는 없는 기름탱크가 있으며, 고압의 장치이므로 안전장치들을 설치해야 합니다.또한 공압식은 이미 사용된 공기를 대기로 내보내면 되지만 유압은 다시 기름탱크로 되돌려 와야 하므로 별도의 배관이 필요합니다.압력은 펌프의 능력에 따라 다르지만 산업용으로는 30Kg/Cm2 정도 등이 사용되고 있습니다.즉 작은 실린더를 갖고도 큰 힘을 낼 수 있다는 것 즉, 강한 힘을 필요로 하는 곳에 많이 사용됩니다. 대표적으로 포크레인 이나 유압식 브레이크가 있습니다.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. 파스칼의 원리로 본다면 유압식이 적용될 것이고압축성 유체인 공기는 그만큼 동력전달과 응답성에서는 유압에 비해 딸린다고 보시면 되겠습니다.
기계공학
Q. 한국기계연구원이 개발했다는 모핑휠은 어떤 것인가요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.모핑휠은일반 주행 시에는 단단한 원형의 바퀴로 작동하다가 장애물을 넘을 때는 바퀴가 말랑해져서 장애물의 높낮이나 모양에 따라 휠을 자유롭게 변형시킬 수 있는 바퀴인데요.기존에는 휠 내부를 유연구조체로 구성하여 만든 기술이 있긴했는데기존 기술은 평지 주행 시에도 휠에 지속적인 큰 변형이 발생하여 주행 효율과 안정성이 낮아지고 소음도 커지는 한계가 있었습니다만기계연 연구팀이 개발한 휠은 강성을 원하는 대로 조절할 수 있어 고속의 평지 주행 시에는 일반적인 휠과 동일한 강성을 유지하다가 장애물이 있는 경우에만 실시간으로 휠을 말랑하게 바꿔 장애물을 극복할 수 있는 방식인데요휠의 최외곽은 스마트 체인 블록으로 구성되며, 스마트 체인 블록의 표면장력을 제어하는 와이어 스포크(wire spoke) 구조가 휠의 허브 구조와 연결돼 있습니다.허브 구조가 회전하거나 거리가 변하게 되면, 이와 연결된 와이어 스포크 구조가 강하게 당겨지거나 느슨하게 바뀌면서 스마트 체인 블록 구조의 표면장력이 변화하게 되는데요와이어 스포크를 이용해 블록들을 안쪽으로 강하게 당기는 경우, 휠 최외곽의 스마트 체인 구조끼리 가까워지는 방향으로 힘이 증가하게 됩니다. 이 과정에서 마치 액체 방울에서 높은 표면장력을 가지는 경우 최 외곽 분자 간 인력이 큰 것과 같은 효과가 발생하며 안정적인 원형을 유지하게 됩니다. 그와 반대로 와이어 스포크 구조가 느슨해지는 경우에는 낮은 강성으로 변화하는 방식입니다.
기계공학
Q. 기계 가공시 절삭유을 꼭 사용해야 하나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.1, 절삭유 역할 절삭유는 밀러와 선반 등 금속에 여러 가공을 하고 싶을 때 드릴에 대해서 방출되는 액체입니다. 주로 절삭시의 마찰을 억제하거나 공작물의 열을 빼앗아 열을 식히거나 하는 효과를 가지고 있습니다. 또한, 절삭할 때 발생하는 부스러기를 씻어 주는 효과가 있으므로 가공 시 발생가능한 오류나 불량품 발생을 경감시키는 효과를 가지고 있습니다.2, 절삭유 사용 장단점 1)장점 · 절삭 때의 마찰열을 경감시키고 품질 향상과 공구의 마모를 경감시킨다 · 가공물과 마찰을 줄이고 가공 면의 품질을 향상시킨다 · 절삭할 때 발생하는 부스러기를 씻어 내고 부드럽게 절삭할 수 있다 · 가공물의 마무리 측면이 더 섬세하고 깔끔해진다 · 기계와 소재의 동작이 원활하게 이루어지기 때문에 생산성이 향상된다 결과적으로 생산성 향상되어 기계수명이 늘어난다는 효과를 가집니다. 2) 단점 절삭에 있어서 이상 시 건조한 상태에서 가공으로 합니다. 왜냐하면, 윤활유를 사용하는데에는 단점이 있기 때문입니다. 예를 들면, 기름에 의해서 금속에 악영향을 끼치는 경우도 있습니다. 즉, 모든 금속에 대해서 유용하다는 것은 아닙니다. 소재로 변색과 녹의 원인이 될 가능성이 있는 점도 그중 하나이고,또, 절삭유의 비산에 의한, 작업 효율의 저하와 환경적 문제 등도 있습니다.