기구학 프로젝트

소개글

기구학 프로젝트에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1.서론

2. 본론
　(1) 크랭크-로커 기구 합성 이론
　(2) 전달각과 압력각
　(3) 실험 데이터

3. 결론 및 고찰

참고문헌

본문내용

있다.
(1)과 (2)을 더하고 빼면 다음과 같은 식을 얻는다.
r22+r32=r12+r42-r1r4(cosρ+cosβ) -----(3)
2r2r3=r1r4(cosρ+cosβ) -------------(4)
=> r3= -------------(5)
식 (4)에 식(5)를 대입하고 정리하면,
r22+=r12+r42-r1r4(cosρ+cosβ)
=>[1-]r42-r1(cosρ+cosβ)r4+r12-r42=0
P
Q
R
이렇게 하여 r4에 대한 2차 다항식을 얻는다.
Pr42+Qr42+R=0
이 식을 근의 공식으로 풀면 두 개의 근을 구할 수 있는데 음의 값은 의미가 없으므로 버리고 의미가 없으므로 버리고 양의 값만 택한다. 그리고 복소근이 나오면 이 기구는 주어진 값으로 실현이 불가능한 경우이므로 새로운 β와 ρ의 값을 선택하여 다시 시도한다.
일단 r4를 알면 r3를 구할 수 있다.
(2) 전달각과 압력각
r4, r3를 이용하여 압력각을 구할 수 있다. 우선 압력각이 나오기 위한 전달각이라는 개념을 알아본다.
위의 그림에서 r2+r3의 길이가 되는 때를 ηmin(전달각 최소)라 하고, r3-r2의 길이가 되는 때를 ηmax(전달각 최대)라 한다. 전달각을 이용하여 압력각의 최적화를 위한 설계를 할 수 있다. 그리고 가장 좋은 링크장치를 선택하기 위하여 전달각을 최적화하는 것이 가장 합리적인 방법이다.
제 2코사인 법칙을 이용하여 전달각을 알아보자.
(r2+r1)2=r32+r42-2r3r4cos(ηmin)
=> ηmin = cos-1[]
같은 방법으로 하면,
=> ηmax =cos-1
압력각의 정의 : ηmax - ηmin = 압력각
그림4 해석적 힘 해석을 위한 자유물체도
위의 그림에서, 토크를 살펴보면
┃T12┃=┃rB/A× F32┃
이다. 어떤 주어진 기구의 위치에 대해서 rB/c 와 F32 의 크기와 방향이 고정될 것이고, 평형을 위해 요구되는 토크의 크기는 F32 의 크기에 직접적으로 비례할 것이다. 그래서 평형을 유지하기 위해 요구되는 토크는 F32의 크기와 함께 증가할 것이다. 외적을 위한 대안적인 표현을 사용하면
┃rC/E× F34┃=┃rC/E┃┃F34┃sinη=┃rD/E× P┃
또는
┃F34┃==┃F32┃
위의 식으로부터 힘 F32의 크기는 전달각 η이 0도나 π에 접근함에 따라 어떤 비선형적인 방식으로 급속하게 증가하는 것이 분명하고 F32는 π/2의 최대값에 도달한다. 평형을 위해 요구되는 토크를 줄이기 위해서 F32의 크기를 줄일 필요가 있는데, 이것은 전달각을 가능하면 π/2에 가깝도록 만들기를 원하기 때문이다.
일반적으로 전달각은 30도와 150도 사이어야 한다. 만약 전달각이 0도나 180도에 근접하면 높은 베어링 하중, 과도한 마모 및 조인트에서의 엉겨 붙음이 예상될 수 있다.
(3) 실험 데이터
우리는 실험하기에 앞서 피봇의 위치와 링크의 길이를 알아보기 위해서 도면을 바탕으로 컴퍼스를 이용해 직접 그려보았다. 이 도시적인 자료를 바탕으로 실험에 임하였다.
엑셀을 이용하여 r1, r2의 값을 200과 20으로 지정한 후 , 베타와 피의 값을 임의 적으로 계산한다.
표1
전달각의 최대최소를 통한 압력각을 계산해본 결과로 베타(40도), 피(130)의 범위에서 압력각이 90도가 된다. 좀 더 상세하게 분석해보면
표2
β(39도), Ρ(128도)에서 압력값이 π/2의 값에 많이 근접함을 알 수 있다. 이로써 임의 값을 정하여 Working Model에 적용관찰을 해본다.
(4) 시뮬레이션 분석
(a) 실험값을 적용시킨 초기 와이퍼의 위치
그림 7 초기위치
(b) 회전에 의해 최종적인 와이퍼의 위치
그림 8 최종위치
(c) 닦인 면적 도시
그림 9 면적 도시
(d) 시뮬레이션 과정에 대한 해석
여러 번의 시행착오를 거쳐서 최적의 실험 데이터를 얻었다. 최적의 결과를 Working Model에 적용시켜 시뮬레이션을 하여 가장 넓은 면을 닦아내는 설계를 쉽게 얻어내지는 못했다. 창밖으로 나가지 않게 하기 위해 와이퍼 암 길이와 와이퍼 사이 즈, 와이퍼 암과 와이퍼 블레이드의 각도를 조절하였다.
3. 결론 및 고찰
우리는 와이퍼 체적화 설계를 위한 도식적 방법과 해석적 방법을 이용하여 실험에 임하였다. 먼저 도식적인 방법으로 주어진 창의 크기에 적절한 피벗의 위치를 정하기 위해서 수작업으로 와이퍼가 닦을 면적을 제도 용구를 이용하여 스케치 해보았다. 스케치한 피봇의 위치를 바탕으로 엑셀 프로그램을 이용하여서 각각의 식에 대입하여 r3, r4값을 도출하였고, 압력각의 값을 90± 5도로 맞추고 이에 맞게 전달각도 30~150도 사이에 두기 위해 실험 값을 변경하여 워킹모델에 적용해서 시뮬레이션을 구동해보았다. 최대 전달각과 최소 전달각의 차이와 베타, 로우 값에 의해 결과가 많이 달라지는 것을 알았다. 또한 링크의 길이에 의해서도 운동이 완전히 달라질 수도 있고 링크가 구동되지 않을 수도 있었다. 중요한 것은 와이퍼의 최적 위치 설계는 와이퍼의 길이나 크기보다는 4절 링크의 압력각이 90°에 근접하게 설계되느냐에 직접적인 관련이 있다는 것이었다.
이번 와이퍼 링키지 설계를 하는 과정에서 많은 시행착오를 거쳤다. 우선 전달각과 압력각의 정의를 이해하기 위해서 많은 시간이 필요했고 Working Model 사용에 대한 지식이 부족해서 시뮬레이션 모델을 만들기도 힘이 들었다. 그리고 와이퍼에 대해 알아보는 과정에서 단지 기구학적인 조합만으로는 최적화 설계를 이끌어 낼 수가 없다는 것을 알았다. 실제 설계에서는 공기저항, 마찰력, 열, 항오존도, 내구성, 무게, 닦임성 등을 고려해야만 최적화 설계가 가능하다는 것을 알았다.
참고문헌
1. Waldron, Kenneth J, 「기구학」, (주) 피어슨 에듀케이션 코리아, 2000.
2. CATIA USER모임 http://cafe.naver.com/calltech.cafe
3. 황호만, 「최신 기구학」, 청문학, 2002.
4. Ertmal, Arthur G. Sandor, George N. , 「기구학」, 사이텍미디어, 2002.
5. 정남용, 「기구학 이해」, 일진사, 2006.

키워드

기구학 프로젝트,   기구학,   크랭크-로커,   전달각,   압력각,   실험