안녕하세요. 김상규 전문가입니다.
Q. 기계공학에서 회전 운동의 분석을 하는 방법
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.기계공학적 측면에서회전운동에 대해 분석하는 방법은 여러가지가 있습니다.4원법 회전 축과 회전의 크기를 포함하는 4개의 요소로 구성되는데회전운동을 매개화 하는 방법으로자이로스코픽과 강성효과를 포함하는 운동방정식 유도가 가능합니니다.회전 매개화법회전축의 진동모드를분석하는 데 유용한 방식으로회전축을 벡터로 표현하고, 크기와 방향을 고려하는 방식으로회전운동을 다른 방법으로 표현할 때 사용됩니다.회전체 해석 방법회전체해석은 회전유체기계 해석에 적용되는 방법으로회전 임펠러 주변 요소망을 분리하여 시간에 따른 요소망 실제 회전시키는 슬라이딩 메쉬기법과회전구간의 유체에 반대방향 속도요소를 부여하여 상대속도 관점에서 같은 조건을 만드는 이동참조 프레임 방식이 있습니다.오일러 각도 방식3개의 각도로 구성되어있고, 회전축과 회전 방향을 정의하는데3차원공간에서 회전운동을 표현하기 위해 사용되는 방식 입니다.
Q. 장비의 안정성을 높이기 위한 설계의 기준
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.기계장비의 안전성을 향상시키기 위한 설계의 기준은 여러가지 관점에서 볼 수 있습니다.장비 자체적인 부분에서의 안정성그리고 그 기계장비를 사용하는 사용자 입장에서의 안전적인 측면 등 여러관점이 될 수 있는데요기계자체적 부분의 관점에서는구조설계 및 재질 선정강도,내구도, 인성 등이 좋은 재료 선택에 따른 구조적인 안정성을 확보하고안전율과 안전계수를 적용하여, 예상되는 최대의 하중을 견딜 수 있도록 설계를 합니다.중복적 설계 및 다중안전장치 설계고장 시 기계시스템이 문제없이 작동가능하도록 중복 부품 사용( 하나가 고장나도 다른 것이 가동되도록)다중적 안전장치 설계를 통한 단일 오류 지점이 있다하더라도 다른 부분에서 안전장치가 가동되도록 설계국제표준 규정 준수KS B ISO 12100, KS B ISO 13849-1 등 국제 표준 준수를 통한 기계의 기능적 안전을 확보하고위험성 평가와 위험성 감소를 위한 원칙을 제공하며관련 지침들을 준수하고 있다는 제품메뉴얼, 도면 등이 제공되야 합니다.유지보수의 용이성점검 및 유지보수가 쉽도록 접근성이 좋게 설계가 되어야 하고선제적 유지보수를 가능하게 하도록 센서/ 모니터링 시스테 등을 통한 실시간 장비상태 감시가 가능해야 합니다.현장 피드백 반영 사용자의 경험과 피드백을 무시해서는 안됩니다.실사용자가 그 상황에 대해 가장 피부로 느끼고 있으므로경험과 피드백 수집을 통한 설계의 지속적인 개선을 해야합니다.감지 및 경고 시스템센서, 알람, 경고등 등을 통한 이상 상황 감지가 즉각 가능하도록 시스템 설계를 해야합니다.위와같은 사항들을 설계에 충분히 반영할 때기계장비 자체는 물론 사용자에게 있어서도 안전성을 극대화 할수 있겠습니다
Q. 장비의 유지보수 주기를 결정하는 기준?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.기계장치의 유지보수 주기를 결정하는 되는 기준은절대적인 기준은 아닙니다.우선적으로제조업체에서 제공되는 메뉴얼을 참조하는 것이 좋습니다.왜냐하면 제조업체에서의 설계 시 특성 및 제품 특성을 기반으로 한 유지보수 주기를 선정하여 제공합니다.이는 제조업체에서 일반적인 제품 성능시험에서 산출된 평균적 결과에 따른 데이터 상제공하는 주기에서는 유지보수를 시행하는 게 맞다고 권장되는 것이기에 그에 따라 하는 것이 일반적으로 고장예방에 도움이 됩니다.기계장치의 운용 조건에 따른 주기 설정관련 기계장치를 일반적으로 하루 8시간 정도로 사용하는 것을 매뉴얼 상으로 설정하고 그에따라 유지보수 기간이 정해져있다할 때실지 현장에서는 하루 16시간 이상을 운용한다면이는 그에 따라 장치가 받는 부하가 가중되는 상황으로권장되는 유지보수 시점과는 달리 더 빈번한 유지보수 주기를 산정해야합니다.실지 현장에서 공조기를 운전하는 경우에도일반적으로 하루 8시간 가동정도를 기준으로 유지보수 기간이 매뉴얼로 있으나현장 특성상 하루 20시간 가까이 운전을 해야하는 현장이기에모터 구리스 같은 경우 6개월 주기로 교체를 해야한다 하지만실제는 1개월에 한번씩 상태를 확인하고 있습니다.유지보수 이력에 따른 주기설정특정 기계장치가 과거에 어느정도에 고장발생이 일어난 상황에 대한이력을 살펴보고 대략 어느 주기 정도면망실되는 상황이 온다는점을 파악하여그 이전에 미리 점검 후 유지보수를 하여 고장발생에 대한 대비를 할 수 있습니다.
Q. 열전달에서 복사, 전도 대류의 차이점은?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.말씀대로열전달의 메커니즘은 복사, 전도 , 대류의 큰 3가지 메카니즘으로 구분되는데요차이점을 정리해보면복사는열을 전달하게 되는 물체, 즉 매질이 필요없이 전자기파 형식으로 바로 열이 전달되는 방식입니다.주로 적외선, 가시광선, 자외선 등 전자기파 형태로 전달되며진공상태에서도 열 전달이 가능합니다.다만 거리가 늘어나면 거리의 제곱에 반비례해서 열전달 양이 감쇠됩니다.전도는고온 부에서 저온부로 물질의 접촉을 통해 직접적으로 전달되는 방식으로 고체,액체 기체 등 매질이 필요한 방식으로, 고체를 통한 전달이 가장 잘 됩니다.물질의 연전도율에 따라 전도효율이 달라지며, 열전도율이 상대적으로 높은 금속류에서 열을 잘 전달합니다.온도변화율에 따라 비례해서 열이 전달 됩니다.즉, 닿아있는 한쪽 온도가 높아질수록 비례해서 전도도 잘 되는 방식입니다.대류는유체의 큰 유동움직임에 의해 열이 전달되는 방식으로 액체나 기체에서 전달되는 방식입니다.유체의 온도차에 따른 밀도 변화로 자연스럽게 이동 하는 방식은 자연대류이며강제적인 펌프나 팬에 의해 순환시키는 것은 강제대류 방식입니다.하지만 실질적으로 공기가 대류에 의해 거시적인 움직임을 보이면서공기 자체가 순환으로 열을 가지고 이동하는 부분이 있다 하더라도미시적인 관점에서는예를 들면 온돌방에서 앉아있을 때방안의 공기가 자연대류로 순환하며 전체적인 공간의 온도를 변경시키며 열전달을 하는 것은 대류이나그 공기가 닿는 벽이나 천정에서의 공기와 면의 미시적 부분은 공기입자와 벽같은 전도로 열이 전달되는 부분으로볼 수 있습니다.이 세가지 열전달 메커니즘은 실제 생활 환경에서보면딱 하나면 적용된다기 보단 복합적으로 이뤄지는데요가장 예를 들기 쉬운것이 바닥 난방 시스템으로바닥의 열원을 통한 복사, 가열된 바닥에 의한 공기의 접촉면에서의 미시적인 전도,그에따른 공기자체의 온도변화에 따른 거시적인 대류 이렇게 복잡적으로 열전달의 매커니즘이 이뤄진다 보시면 좋겠습니다.
Q. 기계 설계에 있어서 응력의 집중을 줄이기 위한 방법
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.기계 설계에 있어서기계의 안정성 및 내구도는 아주 중요한 요소입니다.따라서 말씀대로 응력이 집중되는 현상이 발생하게 되면내구도와 안정성에 치명적이 므로 관련 부분은 반드시 고려되어 최소화 되어야 하는데요.일단 가장 기본적으로응력이 집중되는 부위를 사전에 파악해야합니다.유한요소해석 방식을 통한 응력 집중부위를 사전에 파악하고필요에 따라 설계를 수정하여 안전성을 확보해야만 합니다.하중의집중 회피 설계구조물, 공작물에 있어서 하중이 특정 지점에 밀집되지 않게 분산하는 설계가 요구되는데요지지구조를 추가적으로 넣거나 하중을 고르게 분산되도록 해야합니다.최적화된 재료 선택앞서와 같은 설계가 되었다 하더라도때에 따라 돌발적으로 어느지점에 응력이 집중되더라도피괴가 되지않도록 인성이 높은 재료를 선택해야합니다.공작물의 목적을 위해 높은 강도를 가지면서도 인성까지 동시에 유지하기위해서서로 다른 재료의 결합을 이용하는 경우도 있습니다.