Ⅲ. 기계의 이해

[연습119]

Ⅲ. 기계의 이해

1. 기계 요소의 종류와 동작 원리

1. 자전거의 구조와 기계 요소

⑴ 자전거의 동력 전달 과정: 페달 → 큰 스프로킷 → 체인 → 작은 스프로킷 → 변속기 → 뒷바퀴

⑵ 자전거의 기계 요소

구성부분	부품 및 기계 요소
각 부분을 지지하는 몸체	파이프(프레임), 나사
외부로부터 동력을 받아들이는 부분	페달, 크랭크
동력을 전달하는 부분	큰 스프로킷과 체인
동력을 받아 일하는 부분	작은 스프로킷, 뒷바퀴

⑶ 기계 요소의 분류

① 결합용: 나사, 핀, 키, 리벳

② 축용: 축, 베어링, 축 받침

③ 전동용: 마찰차, 기어, 벨트와 벨트 풀리, 체인과 스프로킷

④ 관용: 파이프, 관 이음쇠, 콕, 각종 밸브

⑤ 기타: 스프링, 브레이크, 링크, 캠

2. 결합용 기계 요소

⑴ 나사

① 피치(pitch) 나사산에서 다음 나사산까지의 거리

② 리드(lead) 나사가 한 바퀴 돌 때 움직인 거리

③ 나사의 크기: 수나사의 바깥 지름(호칭 치수)으로 표시

④ 나사의 종류에 따른 용도

  ꋮ 삼각나사: 일반 기계의 조립(볼트, 너트)

  ꋮ 사각나사: 큰 힘을 전달하는 데 사용(프레스, 잭)

  ꋮ 사다리꼴나사: 선반의 리드 나사, 스톱밸브의 밸브대

  ꋮ 톱니나사: 밀링 머신의 일감 고정(기계 바이스)

  ꋮ 둥근나사: 백열 전구의 끼움나사, 시멘트 믹서 기계

⑵ 핀(pin) 큰 힘이 걸리지 않는 부품을 결합하거나 고정

  ꋮ 종류: 평행 핀, 테이퍼 핀, 분할 핀

⑶ 키(key)

  ꋮ 풀리, 기어 및 핸들 등의 회전체를 축과 고정시키는 것

  ꋮ 축과 회전체가 미끄럼 없이 돌도록 끼워 넣는 쐐기

3. 축용 기계 요소

⑴ 축

① 전동축: 회전체가 같이 고정되어 동력 전달하는 축

② 차축: 축은 고정, 바퀴만 회전(철도 차량, 자전거의 허브 축)

⑵ 베어링: 회전축을 받쳐 주는 기계 요소

① 미끄럼 베어링: 베어링 메탈을 사용, 접촉 면적이 커 마찰이 큼, 저속 회전을 하는 축에 적합

② 구름 베어링: 볼이나 롤러를 사용, 접촉 면적이 적어 마찰이 적음, 고속 회전을 하는 축에 적합

4. 전동용 기계 요소

⑴ 마찰차 전동

① 특징: 미끄럼 발생, 회전 전동을 확실하게 하기 어려움

② 용도: 작은 힘을 전달하는 곳, 정확한 회전 속도를 전달하지 않아도 되는 곳

⑵ 기어 전동

① 원리: 마찰차 접촉면의 이가 맞물려 돌아가게 한 것

② 용도: 두 축 사이의 거리가 짧을 때(좁은 공간) 사용

③ 모듈: 한 쌍의 기어가 맞물려 돌아가기 위한 조건으로는 기어 지름(D)을 잇수(Z)로 나눈 값이 서로 같아야 함

④ 기어의 종류

  ꋮ 평기어: 두 축이 평행할 때 동력 전달

  ꋮ 헬리컬 기어: 회전 방향을 직각으로 바꿀 때 사용(두 축 평행)

  ꋮ 베벨기어: 회전 방향을 직각으로 바꿀 때 사용( 두 축 직각)

  ꋮ 웜과 웜기어: 큰 감속비를 얻을 수 있음(두 축 직각)

  ꋮ 래크와 피니언: 회전 운동을 직선 운동으로 바꾸거나 직선 운동을 회전 운동으로 바꿀 때 사용(두 축 평행)

⑶ 벨트와 벨트 풀리 전동(감아 걸기 전동 장치): 두 축 사이의 거리가 멀 때 사용(평벨트, V벨트)

⑷ 체인과 스프로킷 전동: 회전력을 정확하게 전달, 두 축 사이의 거리가 멀 때 사용

[연습119]

캠은 보통 회전 운동을 직선 왕복 운동으로 변환시켜주는 기계요소입니다. 좀 더 구체적으로 표현을 한다면 둥근 모양이나 판, 그리고 원통, 또는 공 모양 등 특수한 형태의 면이나 홈을 따라 접촉 막대가 움직이면서 회전 또는 왕복 운동을 함으로써, 주기적으로 일정한 여러 가지 운동을 만들어 낼 수 있는 기계 요소입니다. 크랭크축은 반대로 왕복운동을 회전운동으로 바꾸는 장치입니다.