기계설계(Machine Design)란? (기계설계의 정의_기계설계 유형_기계설계 고려사항_기계설계 절차)

 

기계설계(Machine Design)란?

기계 설계는 기계 산업에서 가장 중요한 단일 활동입니다. 회사의 성공 또는 실패는 내부에서 수행되든 외부에서 수행되든 제품 디자인에 뿌리를 두고 있습니다. 여기에서 제조 비용과 이익이 결정됩니다. 아무리 좋은 제조 시설이라도 제품의 설계가 본질적으로 잘못되면 소용이 없습니다.

 

기계 설계자는 자신의 재능을 사용하여 지속적으로 사용자 제품 문제를 해결하는 개인입니다. 그들은 일반적으로 감소하는 공간 요구 사항 내에서 일반적으로 응용 프로그램 및 기능에 대한 질문에 대부분의 시간과 노력을 보냅니다.

 

즉, 설계자는 환경에 대한 적응성 측면에서 고객의 욕구를 충족시키기 위해 끊임없이 노력해야 하며 항상 크기 제한을 줄이기 위해 노력할 것입니다. 다른 관심사는 반드시 우선 순위가 낮을 필요는 없지만 형식과 기능이 일반적으로 디자이너의 마음에 먼저 고정된다는 점에서 부차적입니다.

 

이는 설계자가 먼저 기하학에 대처해야 함을 의미합니다. 적절한 배치는 제안된 장치가 이미 다른 개체에 할당된 공간을 차지하지 않으며 전체의 다른 부분에 도달하거나 부착할 수 있으며 조립할 수 있음을 확인해야 합니다.

 

일반적으로 기계 설계는 전원 및 기능 메커니즘의 개발과 관련이 있습니다. 그러나 디자이너는 항상 전문화합니다. 그들은 엔진 이나 터빈 의 설계 또는 자동차 , 공작 기계 또는 자동화 장비 의 기능적 부분 과 같은 영역에 집중할 수 있습니다.

 

기계설계(Machine Design)의 유형

제조 기술이 발전함에 따라 우리는 기계 설계 및 기계 공학 의 창의성과 복잡성과 관련하여 인상적인 도약을 보았습니다. 한때 불가능해 보였던 기계 요소는 이제 오늘날의 제조 세계에서 흔히 볼 수 있습니다. 우리 모두는 혁신의 최전선에 서기 위해 노력하고 있지만 기존 기술을 활용하여 올바른 방향으로 나아갈 수도 있습니다.

여기서 기계 설계의 기초가 시작되며 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다.

 

▷ 적응형 설계

▷ 발달 디자인

▷ 새로운 디자인

 

 

적응형 설계

가장 기본적이지만 널리 사용되는 기계 설계 유형 중 하나는 적응 설계입니다. "바퀴를 재발명하지 말라"는 말을 생각해 보십시오. 종종 사용자의 목적에 맞게 조정할 수 있는 이미 존재하고 널리 수용된 기계 구성 요소 또는 설계 요소가 있습니다.

 

Adaptive Design은 기본 기능을 활용하고 특정 응용 프로그램에 더 잘 맞도록 약간 조정합니다. 이미 효과가 입증된 기술을 수정하면 엔지니어의 시간과 기업의 비용을 절약할 수 있으며 처음부터 별도로 설계하는 것보다 훨씬 더 효과적인 경우가 많습니다.

 

발달 디자인

Adaptive Design과 유사하게 Developmental Design은 기존 개념과 기술을 사용하지만 새로운 기계요소와 구성 요소를 추가하거나 결합하여 고유한 것을 만듭니다.

 

Developmental Design에서 자주 언급되는 예로는 오토바이가 있습니다. 오토바이는 본질적으로 자전거와 연소 엔진을 결합한 것입니다.

 

오토바이는 확실히 제조 기술과 기계 설계의 엄청난 발전이었지만 새로운 것을 위한 빌딩 블록 역할을 하기 위해 기존의 기계요소에 의존합니다.

 

 

새로운 디자인

대부분의 기계 설계는 앞의 두 범주에 속하지만 여전히 새롭고 독특한 부품과 기술이 항상 만들어지고 있습니다. 이러한 독특한 혁신은 엔지니어와 디자이너가 완전히 독창적인 것을 만들어내는 새로운 디자인으로 간주됩니다.

 

이것은 훨씬 덜 일반적이며 종종 많은 시간, 돈 및 연구가 필요합니다. 우리는 지식과 기술이 공유되는 세상에 살고 있기 때문에 이미 존재하는 것을 수정하는 것이 일반적으로 더 생산적이고 효율적입니다.

 

그러나 올바른 아이디어와 적절한 경험이 있다면 New Design 공간의 요소는 제조 업계 전체에 매우 수익성이 높고 유익할 수 있습니다.

 

 

사용된 방법에 따른 설계는 다음과 같이 분류할 수 있습니다.

 

▷ 합리적인 설계: 이 유형의 설계는 역학 원리의 수학 공식에 따라 달라집니다.

▷ 경험적 설계: 이 유형의 설계는 실습 및 과거 경험을 기반으로 하는 경험적 공식에 따라 다릅니다.

▷ 산업 디자인: 이 유형의 디자인은 산업의 모든 기계 구성 요소를 제조하기 위한 제품 기능에 따라 다릅니다.

▷ 최적 설계: 지정된 제약 조건에서 주어진 목적 함수에 대한 최상의 설계입니다. 이는 바람직하지 않은 효과를 줄임으로써 달성할 수 있습니다.

▷ 시스템 설계: 자동차와 같은 복잡한 기계 시스템의 설계입니다.

▷ 요소 설계: 크랭크축, 피스톤 , 커넥팅 로드 등과 같은 기계 시스템 의 모든 부분에 대한 설계입니다 .

▷ Computer-Aided Design(CAD): 이 유형의 디자인은 컴퓨터 시스템을 사용하여 디자인의 구성, 수정, 분석 및 최적화를 지원합니다.

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기계설계의 일반적인 고려사항

기계 설계의 일반적인 고려 사항은 무엇일까요?

다음은 기계 구성 요소를 설계할 때 일반적인 고려 사항입니다.

 

▣ 하중의 종류와 하중으로 인한 응력

기계 구성 요소에 가해지는 하중은 내부 응력으로 인해 다양한 방식으로 작용할 수 있습니다.

 

▣ 기계 부품 또는 운동학의 움직임

모든 기계의 성공적인 작동은 필요한 속도를 제공하는 가장 간단한 부품 배열에 크게 좌우됩니다. 부품의 속도는 다음과 같을 수 있습니다.

 

▷ 단방향 및 재교차 운동을 포함한 직선 운동.

▷ 회전, 진동 및 단순 조화로 구성된 곡선 운동.

▷ 꾸준한 속도.

▷ 일정 또는 가변 가속.

 

▣ 재료 선택

설계자는 재료의 특성과 작업 조건에서의 거동에 대해 깊이 있는 지식을 가지고 있어야 합니다. 재료의 몇 가지 중요한 특징은 강도, 내구성, 유연성, 무게, 열 및 부식 저항성 , 성형성, 용접 또는 경화, 기계 가공성, 전기 전도성 등입니다.

 

▣ 부품의 크기 및 모양

형태와 모양은 결정을 기반으로 합니다. 가장 작은 실용적인 단면을 사용할 수 있습니다. 그러나 설계된 단면에서 유도된 응력이 더 안전한지 테스트할 수 있습니다. 형태와 모양에 대한 모든 기계의 부분을 디자인합니다.

부품이 유지해야 하는 힘을 알아야 합니다. 또한 고장을 일으킬 수 있는 갑작스러운 가해진 하중이나 충격 하중을 추정하는 것도 중요합니다.

 

▣ 내마모성 및 윤활성

항상 내마모성으로 인한 동력 손실이 있으며 시작 마찰이 주행 마찰보다 크다는 점에 유의해야 합니다. 따라서 회전 베어링, 슬라이딩 베어링 또는 구름 베어링에 관계없이 다른 표면과 접촉하는 모든 표면의 윤활에 주의를 기울여야 합니다.

 

▣ 편리하고 경제적인 기능

설계 시 기계의 작동 특성을 주의 깊게 연구해야 합니다. 레버의 시동, 제어 및 정지는 조작이 편리한 위치에 있어야 합니다.

마모 조정은 다양한 테이크업 장치를 사용하고 부품의 정렬이 유지되도록 구성해야 합니다. 부품이 다른 제품으로 교체되거나 마모 또는 파손으로 인해 교체되는 경우 쉽게 접근할 수 있어야 하며 가능하면 이를 수행하기 위해 다른 부품을 제거해야 하는 필요성을 피해야 합니다.

생산에 사용하거나 재료를 가공하는 기계의 경제적 작동은 좋은 작품의 생산에 상응하는 최대 능력을 가지고 있는지 알아보기 위해 연구되어야 합니다.

 

▣ 표준 부품 사용

표준 부품의 사용은 비용과 밀접한 관련이 있습니다. 표준 또는 재고 부품의 비용은 주문 제작된 유사한 부품 비용의 일부일 뿐입니다.

가능하면 표준 또는 재고 부품을 사용해야 합니다. 기어, 풀리 및 베어링 과 같이 패턴이 이미 존재하는 부품입니다.

그리고 나사 , 너트 , 핀과 같은 일반 상점 재고에서 선택할 수 있는 부품 . 볼트 와 스터드는 드릴, 리머 및 탭 교체의 지연을 피하기 위해 가능한 한 짧아야 합니다. 뿐만 아니라 필요한 렌치의 수를 줄입니다.

 

▣ 작동 안전

일부 기계, 특히 최대 속도로 생산을 보장하는 빠른 기계는 작동하기에 위험합니다. 따라서 작업자의 영역 내에서 기계의 움직이는 부분은 사고의 위험으로 간주되어 부상을 입을 수 있습니다.

따라서 설계자는 작업자를 보호하기 위해 항상 안전 장비를 제공해야 합니다. 안전 장치는 어떤 식으로든 기계 작동을 방해해서는 안 됩니다.

 

▣ 작업장 시설

설계 엔지니어는 고용주 작업장의 한계를 잘 알고 있어야 합니다. 그래서, 다른 작업장에서 일할 필요를 피하기 위해. 때로는 작업장 운영을 계획하고 감독하고 특수 부품을 주조, 취급 및 가공하기 위한 방법을 작성해야 합니다.

 

▣ 생산할 기계의 수

제조된 제품이나 기계의 수는 여러 면에서 설계에 영향을 미칩니다. 고정 비용 또는 간접비라고 하는 엔지니어링 및 작업 비용은 제조된 제품 수에 걸쳐 분배됩니다.

몇 가지 제품만 만들면 기계가 크거나 특별한 디자인이 아닌 한 추가 비용이 합리적이지 않습니다. 소수의 제품을 요구하는 주문은 설계자가 사양을 표준 부품으로 제한할 수 있도록 워크샵 프로세스에서 과도한 비용을 허용하지 않습니다.

 

▣ 제조 비용

기사 제작 비용은 디자인과 관련된 가장 중요한 고려 사항입니다. 어떤 경우에는 품목의 높은 비용으로 인해 즉시 더 이상 고려하지 못할 수도 있습니다.

제품이 발명되었고 수제 샘플 테스트에서 상업적 가치가 있는 것으로 나타난 경우. 물품 생산을 위한 자동화 기계의 설계 및 개발에 상당한 비용이 드는 것을 정당화할 수 있습니다.

특히 대량 판매가 가능합니다. 설계 엔지니어의 목표는 모든 조건에서 제조 비용을 최소화하는 것입니다.

 

▣ 조립

각 기계나 구조물은 작동하기 전에 하나의 단위로 조립되어야 합니다. 더 큰 단위는 종종 작업장에서 조립하고 테스트한 다음 서비스 장소로 운송해야 합니다. 모든 기계의 최종 위치는 중요하며 설계 엔지니어는 제조를 위한 정확한 위치와 현지 시설을 추정해야 합니다.

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기계설계의 일반절차

기계 설계의 일반 절차는 무엇일까요?

기계 구성 요소를 설계할 때 엄격하고 빠른 규칙은 없습니다. 문제는 여러 가지 방법으로 시도할 수 있습니다. 그러나 설계 문제를 해결하기 위한 일반적인 절차는 다음과 같습니다.

 

▷ 필요성 인식: 먼저, 기계가 어떤 목적이나 목적을 위해 설계되어야 하는지를 나타내는 문제에 대한 완전한 설명을 작성하십시오.

▷ 합성(메커니즘) : 원하는 속도를 제공할 가능한 메커니즘 또는 메커니즘 그룹을 선택합니다.

▷ 힘의 해석: 기계의 각 부재와 각 부재가 전달하는 에너지에 작용하는 힘을 구합니다.

▷ 재료 선택: 기계의 각 구성 요소에 가장 적합한 재료를 선택합니다.

▷ 요소의 설계: 사용된 재료에 대해 부재에 가해지는 힘과 허용 응력을 고려하여 기계의 각 부재 크기를 찾습니다. 각 부재가 허용 한계를 넘어 휘거나 변형되어서는 안 된다는 점을 염두에 두어야 합니다.

▷ 수정 : 시공이 용이하도록 기존의 경험과 판단에 따라 부재의 크기를 수정합니다. 전체 비용을 줄이기 위해 제조를 고려하여 수정이 필요할 수도 있습니다.

▷ 상세 도면: 제안된 제조 프로세스에 대한 전체 사양과 함께 각 구성 요소 및 기계의 조립에 대한 완전한 도면을 그립니다.

▷ 생산: 구성 요소는 도면에 따라 작업장에서 제조됩니다.