기계재료 - 수직으로 물체를 이동시키는 엘리베이터의 설계

목차

1. 과제명 : 수직으로 물체를 이동시키는 엘리베이터의 설계

3. 과제추진일정

4. 과제 내용(부분적인 시스템의 설계계획)
　ⅰ. 과제선정동기
　ⅱ. 개략도
　ⅲ. 기계 흐름도
　ⅳ. 설계방안
　ⅴ.설계 내용
　　⓵. 종동축 지름의 설계
　　⓶. 베어링의 설계
　　⓷. 묻힘키의 설계
　　⓸. 사일런트체인과 스플로킷 설
　　⓹. 원동축 (모터축)의 설계
　ⅵ. 설계 결과

5. 장점, 적용 가능성

6. 기존 시스템과의 비교/분석

본문내용

31042kgmm
허용전단응력 ==>
종동축의 지름 ==>
(동하중 설계)
- 최대 전단 응력 이론
- 전단 변형에너지 이론
2)강성에 의한 설계
비틀림모멘트에 의한 설계
원동축의 길이 L=100mm로 하고 (l=20d이므로) 제한함
L=100mm는 모터에 달려 있는 회전축을 말한다. 커플링을 이용하여 모터에 새로운 축을 연결 할 수도 있었으나 불필요하다고 판단하여 새롭게 축을 만들지는 않았다.
G=8300
원동축에 굽힘모멘트는 무시할 정도로 작으므로 설계시 고려하지 않겠다.
실제로 축의 지름을 계산한 결과 비틀림모멘트만으로 축의 강도를 설계하였을때 가장 큰 지름을 요구하였다.
강도와 강성설계를 고려하여 원동축의 지름을 36mm로 설계
ⅵ. 설계 결과
원동축의 지름은 36mm 길이는 200mm
종동축의 지름은 90mm 길이는 1000mm
메인시브의 지름은 150mm (2개)
1스플로킷의 이의 개수 17개 지름 140mm
2스플로킷의 이의 개수 50개 지름 405mm
베어링의 폭(d)은 26mm 길이는 32mm
동력원으로 36KW이상을 전달할수 있는 모터선택
<원동축>
<종동축>
<메인시브>
<베어링>
<묻힘 키>
설계검증을 해보면 우선 각 재료의 강도와 강성은 위에서 충분히 타당성을 입증하였다.
그럼 시동시에는 어떻게 될까?
우선 모터가 회전으로 원동축도 회전하여 원동축이 1스플로킷에 토크를 전달(묻힘키에 의해 토크전달)한다. 그러면 스플로킷이 회전하면서 체인이 돌아가게 되는데 위의 식에서 처럼 체인의 속도는 이며 이에 따라 2스플로킷 끝에서의 속도도 v=이다.(이 식은 위에서 유도된 식임) 다시 2스플로킷은 종동축에 토크를 전달하고 종동축이 회전한다. 이때 메인시브도 같이 회전하고 메인시브의 끝에서의 속도(엘리베이터에 연결된 케이블의 속도)는 다시 한번 지름비를 이용하여 구할 수 있다.
메인시브의 속도는 150 : 405 = x = 8.08 ==> x =3m/s 로 초기에 원했던 속도 3m/s와 일치한다. 이로써 엘리베이터 동력장치의 설계는 완벽하다는 것을 입증하였다.
5. 장점, 적용 가능성
장점 )
우리의 시스템은 동력장치로서 기본적인 능력을 갖추면서도 복잡하지 않으며, 간단한 설계에 의해 아주 최소한의 재료로 동력을 전달할 수 있는 장치이다. 그래서 고장이 나더라도 구조가 간단하여 수리하는데 용이하며 관리하기 또한 매우 쉽다.(보통 고장이 나게되면 어디서 고장이 났는지 찾는 데에만 많은 시간을 소요하게 되는데 엘리베이터의 경우는 24시간 운영되어야 하므로 그 시간조차도 최소한으로 줄여야 한다.) 물론 구조가 간단한 만큼 기능면에서 많이 부족하다. 실제로 동력전달장치의 소음을 줄이는 장치라든가 진동을 흡수하는 절연기, 그리고 제동장치가 있는데 반해 그런 기능은 전혀 없다. 하지만 어디까지나 동력전달기능을 목적으로 한 설계이므로 그에 부족함은 없다고 생각한다.
적용 가능성)
우리가 설계한 디자인은 소음이 많고 진동도 많으며 제어하는 기능도 많이 떨어진다. 하지만 무게가 가벼워서 설치, 이동시키기에 아주 용이하다.
그래서 소음, 진동, 정확성을 그다지 요구하지 않는 현장에서 사용하기에 적합하며 최적지로 공사현장을 생각하였고 현재 우리나라에서만 하루에 수만건의 공사가 진행되고 있다. 그리고 한 공사장 내에서도 간이용 엘리베이터의 수는 5개 이상이나 되므로 (예전에 잠시 현장에서 일할 때 눈여겨 보았던 것ㅡㅡ;) 그 수요는 실로 어마어마하다고 볼 수 있다.
현장에서는 외형과 다양한 기능들은 필요가 없으며 단지 엘리베이터 본연의 기능만을 할 수 있다면 그것으로 만족할 수 있으므로 우리가 설계한 엘리베이터가 여기에 매우 적합하다고 볼 수 있으며, 실제로 몇 가지만 더 추가하고 안정성만 확인된다면 적용 가능하다.
6. 기존 시스템과의 비교/분석
처음 시작은 승객용 엘리베이터를 설계한 것이었는데 아래 그림에서처럼 기능면에서 너무 많은 차이가 있어서 승객용 엘리베이터와 비교를 하는 것 자체가 무리가 있다고 판단하여 간이용 엘리베이터와 비교를 하기로 하였다.
승객용 엘리베이터의 구조)
엘리베이터 동력장치
<브레이크 코일>
위에 그림에서처럼 브레이크 코일을 이용한 정확한 제어(각층간의 이동시 확실한 제동),
그리고 완충기를 이용한 진동흡수와 그로인한 소음 줄임.
하지만 모터를 이용하여 축을 회전시켜 엘리베이터를 수직 이동하는 기본적인 메커니즘은 같음.
간이용 엘리베이터와의 비교
각각의 재료(세부적인 사항)에 대해서 비교를 하는 것은 구조자체가 다르고 실제모델에서 따온 설계가 아니라 기계설계책에 있는 부품들을 조합하여 한 설계이기 때문에 무리가 있었다. 그리하여 전체적으로 비교 분석해보았다.
기존 시스템
설계한 시스템
효율
100%(마찰손실무시)
95%
재료량
적음
적음
안전성
위험함
안전함
수명
모터의 수명
체인의 수명
소음
중간
많음
생산비
저렴
저렴
위의 표를 정리하면 효율의 경우 기존의 시스템은 케이블에 의한 마찰손실을 제외하고는 100%동력 전달 가능한 구조이므로 100%효율이라고 하였고 우리가 설계한 시스템은 체인에 의한 5%동력 손실을 고려한 값이다. 재료는 기존의 시스템이 더 적게 들어갈 것이나 모터에 바로 많은 저항이 걸리게 되기 때문에 모터의 손상이 클 것으로 보인다. 그에 반해 우리 시스템은 종동축에서 어느 정도 흡수하기 때문에 모터에 손상이 줄어들 것이다. 안전성의 경우 모터의 과열에 의한 모터의 손상에 기준을 두었다. 그리고 기존의 시스템은 모터가 손상 되지 않는다면 계속 돌아갈 것이기 때문에 전체적인 수명으로 모터를 잡았고 우리 시스템의 경우는 모터보다도 동력전달 과정에서 체인의 손상이 더 클 것으로 보아 체인의 손상을 수명으로 잡았다. 물론 계속적인 체인의 교환이 있다면 기존의 시스템에 비하여 수명이 길다. 그리고 소음은 체인 때문에 우리 시스템이 더 클 것이며 마지막으로 생산비는 각각의 부품들의 재료를 똑같은 것으로 쓴다고 볼 때 우리 시스템이 약간 더 비용이 드는데 이것은 기계설계책의 부품들을 최대한 많이 이용하고자 한 설계이므로 실용성을 기준으로 만든 위 간이용 엘리베이터보다는 많은 부품이 들어가기 때문이다.
-THE END-

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