[요소설계]경량화 된 자동차 휠 설계보고서

목차

1.Formulation
(1) 부품선정
(2) 고객과 기업의 요구사항 조사
(3) 설문조사
(4) 만족도 곡선 작성
(5) HOQ 작성
(6) EDS 도출

2. 개념설계
(1) 휠의 종류 및 특성
(2) 활동도 조사
(3) 설계 부품의 전반적 추상화
(4) 기능 구조 도표
(5) 추상적 대안 선출
(6) 모든 대안 조합
(7) 형상 설계 요소
(8) 최종 제품 선정

3. 형상설계
(1) 최종 제품의 대략적 형태
(2) 형상 설계 요소
(3) 대안 부품 설계
(4) 최종 부품 형태선정

4. 변수설계
(1)휠의 자유물체도
(2)문제 정의 변수
(3)급정차시 휠이 받는 힘
(4)휠에 작용하는 응력
(5)분석표
(6)설계 변수에 따른 부피계산
(7)최종 만족도 표현
(8)최종 변수에 의한 무게

5. 상세 설계
(1)최종 설계 비교
(2)최종 설계 도면

본문내용

가?
-구성 재료가 효율적인 조합인가?
-환경적으로 문제가 없는가?
-내구성이 좋은가?
-제작 원가가 낮은가?
-수요성이 높은가?
(3)설문조사
설문 조사를 통해 소비자가 가장 원하는 무게는 5~6kg, 세련된 디자인 10년 이상의 수명, 10~20만원대의 적절한 가격을 원하는 것을 알 수있었고, 우선적으로 고려하는 사항은 무게이며 그 외 연비향상, 떨림 방지 도난 방지를 원함을 알 수 있었다
(4)만족도 곡선
-설문 조사를 통해 위의 만족도 곡선을 나타내었다.
(5)HOQ
-앞서 실행한 설문조사 및 소비자와 기업의 Need를 통해 HOQ를 도출하였다.
(6)설계 사양 (EDS)
-공식화 단계에서 조사한 모든 사항을 종합하여 위와 같은 설계 사양을 도출하였다.
2. Concept Design
(1)휠의종류 및 특성
Type
사진
주요형태
적용차종
예
1. Spoke
별모양
중, 소형차
라노스
EF 소나타 골드
2. Mesh
그물모양
소, 중, 대형
다이너스티
3. Pin
마차바퀴형
스포티카
중, 대형
레간자
SM5
4.Dish
접시모양
고급 대형차
리무진
5. Aero
회오리 모양
스포티카
중, 소형
승합차
소나타3
아토스
-일반적인 휠의 형태는 다음과 같다.
◎합금휠의 장점
1. 고충격 흡수 능력에 의한 탁월한 승차감
2. 우수한 열전도율에 따른 제동성능 및 안전성 향상
3. 정밀도의 우수성에 의한 조종 안전성 증대
4. 경량화에 따른 에너지 절감 및 가속성 향상
5. 미려한 디자인
6. 내식성에 의한 반영구적 사용
(2)활동도 분석
-제품이 생산되어 폐기되기까지의 과정을 다음과 같은 활동도로 나타내었다.
(3)설계 부품의 전반적 추상화
타이어 결합
가속 능력영향
볼트결합
차체 하중 일부
차축과 연결
주행중 회전
표면 손상
차량외관 형성
차체 지지
타이어와 마찰
브레이크 열전달
타이어 열전달
(4)기능 구성 도표
-추상된 기능을 위와 같은 구조도의 형태로 재구성하였다.
(5)추상적 대안 산출
-Dish 와 Pin 타입은 중 대형차종 용으로 우선 제외
4개는 주로 국산차용, 5개 외제차 고급차에 사용
Inch는 설문조사에 의거 가장 많이 사용되는 15, 16, 17 선정
(6)대안의 모든 조합
-추상적 대안 산출에서 나온 형상 3가지, 볼트 홀의 수 2가지, 휠의 인치 3가지를 가지고 나올 수 있는 모든 조합을 나타내었다.
(7)형상 설계요소
-앞서 도출한 최적 된 조합
1. Spoke 형
2. 4볼트 홀
3. 15인치
위 요소에 맞춰 여러 형상을 설계후 자체 평점 부여
(8)최종 제품 선정
1위 : Spoke + 볼트수 4 + 15인치 = 20.1
2위 : Spoke + 볼트수 4 + 16인치 = 19.2
3위 : Aero + 볼트수 4 + 15인치 = 18.9
Configureation Design
(1)최종 제품의 대략적 형태
(2)형상 설계 요소
앞서 도출한 최적 된 조합
- Spoke 형
- 4 볼트 형
- 15 인치
위 요소에 맞춰 여러 형상을 설계 후 자체 평점 부여
(3)대안 제품 디자인
1.
2.
3.
4.
5.
6.
-개념 설계에서 나온 최적의 조합을 바탕으로 조원들끼리 제한없이 휠의 형태를 설계해보았다.
(3-1)대안 제품 디자인1
디자인
성형성
제작시 안정성
평점
7
7
9
7.2
(3-2)대안 제품 디자인2
디자인
성형성
제작시 안정성
평점
8
8
8
8
(3-3)대안 제품 디자인3
디자인
성형성
제작시 안정성
평점
8
7
9
8
(3-4)대안 제품 디자인4
디자인
성형성
제작시 안정성
평점
7
7
7
7.3
(3-5)대안 제품 디자인5
디자인
성형성
제작시 안정성
평점
8
7
7
7.3
(3-6)대안 제품 디자인6
디자인
성형성
제작시 안정성
평점
9
8
9
8.6
(4)최종 결정된 형상
- 앞서 부여한 평점을 토대로 최종 형상을 결정하였다
우측은 결정된 형상의 다른 각도에서 본 모습이다.
4. Parametic Design
(1) 휠의 자유물체도
(a) 정지 시
(b)급정거 시
위의 자유물체도를 참고하여 휠에 받는 하중을 예측해보았다.
(2)문제정의변수
변수에 사용되는 고정된 변수를 정해보았다.
(3)급정차 시 차에 가해지는 하중
-휠에 가해지는 하중이 차가 급제동할 때라고 판단 그 때의 가해지는 힘을 다음의 식으로 구해보았다
- 1500kg자동차가
시속 150Km/h로 100m주행후 정지할때 ,,
초속도는 42m/s , 최종속도 0m/s 이다.
가속도를 구하면 2as=V^2 - Vo^2
a=V^2/2s=(42m/s)^2÷(2×100m)
=8.82m/s^2
F=ma 이므로 1500Kg×(8.82m/s^2)
F=13230N 이다 즉 바퀴 한개당 = 13230/4
=3307N
(4)휠에 작용하는 응력
- 위 값을 토대로 휠에 걸리는 응력에 대해 구해 보았다.
σ = kg/mm^2
- 휠 하나에 걸리는 응력
σ = 400kg/(W x 3.5mm)
(5)분석표
- 정해진 값에 휠 두께를 설계변수로 정하여 그에 따른 분석표를 제작해보았다.
휠의 두께를 3~4 까지 변형시켜 나온 응력 분포와 부피 무게를 구해보았다.
(6)무게 계산
- 휠의 두께 변화에 따른 무게 계산을 다음과 같이 부분으로 나눠 대략적으로 계산하였다.
(16.8 x ∏ x 14.7 -15.85 x ∏ x 14.7) x 2.7
+ (2.5^2 x ∏ x 3.5) x 2.7
+ ((3.5 x W x 12.1) x 2.7) x 5
(7)만족도 계산
- 다음과 같은 계산식을 이용 만족도를 계산 하였다
- 결과적으로 휠 두께가 3.4 cm 일때 가장 큰 만족도가 나왔다.
(8)최종 변수에 대한 무게
-앞서나온 부피 구하는 식에 3.4 cm 를 대입하여 최종 무게를 구해보았다.
(16.8 x ∏ x 14.7 -15.85 x ∏ x 14.7) x 2.7
+ (2.5^2 x ∏ x 3.5) x 2.7
+ ((3.5 x 3.5 x 12.1) x 2.7) x 5
= 6.204 (kg)
5. 상세 설계
(1)EDS 와의 비교
변수 설계에 의해 나온 값을 EDS 와 비교 해보았다.
- 목표한 경량화 목표치에 도달 하였음을 알 수 있다.
(2) 최종 설계 도면
-최종적으로 나온 설계 도면

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자동차,   요소,   설계,   경량화,   휠,   기계,   부품,   도안