[스크랩] 제품설계 총론 요약5

제 5편 기계요소의 적용과 설계

제 1 장 나사

1-2 일반적인 나사의 종류

(1) 작은 나사 (Cap Screw or Machine Screw)

볼트의 축지름이 작은 나사로서 일반적으로 지름 9mm 이하의 머리붙이 수나사를작은 나사라 한다.

(2) 멈춤 나사 (Set Screw)

누름나사라고도 하며 2개의 결합부의 미끄러짐이나 회전을 막기 위하여 사용되는 나사로서 저항하중은 작다.

(3) 나사못 (Wood Screw)

나사부가 긴 원추모양으로 되어 있고, 이에 피치가  큰 삼각나사를 절삭한 것으로 일반적으로 목재와 같은 연한 재료에 사용.

(4) 태핑 나사 (Tapping screw)

침탄담금질한 일종의 작은 나사. 암나사 쪽은 나사 구멍만 뚫고 스스로 나사를 내면서 죄는 것.

(5) 헬리서어트 (Heil-sert)

나사산 단면을 두개 합친 마름모꼴 단면의 코일을 암나사와 수나사 사이에 삽입하여 주철, 경금속, plastic, 목재 등 강도가 불충분한 모재를 강화하거나, 멸변형등으로 손상된 암나사 구멍을 재생하는데 사용.

(6) 볼나사(Ball Screw)

나사의 미끄럼 접촉면에 강구를 넣어 나사구조에다 ball bearing의 저마찰 특성을 도입한 고효율의 나사.

1-3 나사의 적정체결

(1) 나사의 적정 체결력

초기체결력 F (강의 경우)

 : 나사부의 유효단면적

 : 나사의 유효경

 : 골지름   : 호칭명      : 산높이

 : 항복점 ( )

예) 강도 5(60%), 6(인장강도 50의 경우 )의 경우

따라서, 

(2) 체결력과 체결 Torque와의 관계

나사를 체결할 때의 체결 torque T와 체결력 F의 관계는 이 나사가 항복점 이하의 체결력의 경우 다음과 같이 된다. 일반적인 경우 torque 계수를 0.2로 잡는다.

T - kdF           k: Torque 계수

1-4 나사부품용 표면처리

* p651 표 참조.

1-5 나사 및 Nut 표기방법

(1) Screw, Bolt, Rivet 표기방법

1) Head

R : Round head                CS : Counter sink head

RCS : Round counter sink head         P : Pan head

T : Truss head                         RF : Round flat head

F : Flat head                           B : Bind head

2) 재질 및 표면처리 (공통)

BN : Brass nickel                       SN : steel nickel

SZ : Steel zinc (natural)                 AL : Aluminium

BS : Brass                              SS : Stainless-steel

BC : Brass cromium                     SC : Steel cromium

SB : Steel black oxide                   SW : Steel zinc (white)

3) 취부 Washer의 형태 표기

TA : Toothed lock washer(내치형, A-type)

TB : Toothed lock washer(외치형, B-type)                          lock washer

TC : Toothed lock washer(접지형, C-type)                        

TAB : Toothed lock washer(내외치형, AB-type)

PSR : Plain washer(소형원형)

PBR : Plain washer(광택원형)

PLR : Plain washer(보통원형)             Plain washer

P4S : Plain washer(소형4각)

P4l : Plain washer(대형4각)

4) 예

* X-head M/C screw  - (KSB1023의 counter sink cross-recessed head screw)

K B 1 0 2 3     2 M 3.5 20 (10)  SN CS

Head 모양

재질 및 표면처리

Tap의 길이 (필요시만 기입)

나사 전체의 길이

나사의 호칭(직경)

MKS의 M

KS 규격의 등급(필요시만 기입)

KS 규격번호

KS의 K

K   B 1 0 4 1   M 3 6   SZ   P   (SW-PBR)      -  Washer ass'y cross-recessed

M/C screw

spring washer와 광택원형 plain

washer 취부

Head 모양

재질 및 표면처리

호칭 길이

호칭 직경

MKS의 M

KS의 규격번호(현재 변칙사용)

KS의 K

K B 1 0 0 2     M 5    10  SN - (Hexagon head bolt)

재질 및 표면처리

호칭길이

호칭직경

MKS의 M

KS의 규격번호

KS의 K

KB1002와 같이 head가 규격번호에 나타날 경우는 Head 표시를 하지 않음.

(2) Nut, Washer 표기법

TA : Toothed lock washer (내치형, A-type)

TB :           "           (외치형, B-type)               Lock washer

TC :           "           (접지형, C-type)

TAB :         "            (내외치형, AB-type)

PSR : Plain washer (소형원형)

PBR :       "      (광택원형)

PLR :       "       (보통원형)             Plain washer

P4S :       "        (소형4각)

P4L :       "        (대형4각)

2) 재질 및 표면처리 (공통)

BN : Brass nickel            SN : Steel nickel

SZ : Steel zinc(natural)       AL : aluminium

BS : Brass                   SS : Stainless-steel

SB : Steel black oxide       SW : Steel zinc(white)

3) 예

K  B 1 3 2 5     M 3         SN        TA   -KSB1325의 toothed lock washer

형태(모양)

재질 및 표면처리

호칭경(와샤부 내경)

MKS의 M

KS의 규격번호

KS의 K

K  B 1 3 2 4       M 3         SZ     -KSB1324의 spring washer

재질 및 표면처리

호칭경(와샤부 내경)

MKS의 M

KS의 규격번호

KS의 K

K  B 1 0 1 2      2 M 3         SZ        - KSB1012의 hexagon nut

재질 및 표면처리

호칭경

MKS의 M

KS 규격의 등급(필요시만 기입)

KS 규격번호

KS의 K

No	KS표기	품 명	비 고
1	KSB1002	Hexagon head bolt
2	KSB1003	hexagon head cap screw
3	KSB1005	Wing bolt
4	KSB1012	Hexagon nut
5	KSB1014	Wing nut
6	KSB1021	Slotted head M/C screw
7	KSB1023	X-head M/C screw
8	KSB1025	slotted set screw
9	KSB1028	Socket set screw
10	KSB1032	X-head tapping screw
11	KSB1041	Washer ass'y 또는 with washer scrher	Washer 취부 및 붙이
12	KSB1056	Wood screw
13	KSB1101	Round head rivet
14	KSB1103	Rivet semi-tubular
15	KSB1321	Pin split
16	KSB1324	Spring washer
17	KSB1325	Toothed lock washer
18	KSB1326	plain washer
19	KSB1337	Ring retaining(E-type ring)
20	KSB1339	Spring pin

제 2 장 Spring

2-1 Spring 재료의 응력의 취하는 방법

spring 특성을 만족함과 동시에 사용상의 공간적 조건에 맞도록 하며, 놓이는 환경을 기준으로 하여 spring에 가해지는 하중조건에 대하여 필요한 수명을 갖도록 하여야 한다.

2-1-1 정하중을 받는 spring

사용상태에서 하중변화가 거의 없는 것, 혹은 반복하중이 있더라도 spring 수명을 통틀어 수천회 이하의 것을 말한다.

* 스프링은 책 참조

제 4 장 Gear

4-1 Gear의 분류

(1) 두 축의 상대위치에 의한 Gear의 분류

* p687 그림4.1(gear의 종류) 참조.

(2) Gear의 크기, 즉 바깥지름에 의한 분류

① 극대형 gear : 1,000 mm 이상

② 대형 gear  :  250~1,000 mm

③ 중형 gear  :  40~250 mm

④ 소셩 gear  :  10~40 mm

⑤ 극소형 gear : 10mm 이하

(3) 치형을 절삭가공하는 방법에 의한 분류

① 성형치절 gear

② 창성치절 gear

성형치절 gear는 성형치절법으로 깎아낸 gear로서, 밀링머신으로 깎아낸 혼성 gear가 여기 해당된다. 일반적으로 하급 gear에 사용.

창성치절 gear은 커터와 gear 소재와의 관계적 운동에 의하여 이를 깎아 나가는 방법. 즉 호브라던가 피니언 커터, 랙형 커터 등 전문적인 치절기계로 고급정밀도를 얻을 수 있는 방법.

(4) 사용목적에 의한 분류

① 동력 gear - 윤활, 마모 등 중시.

② 산출 gear - 피치의 정확성 요망.

③ 펌프 gear - 잇수가 적고, 압력각이 큰 것이 요망.

(5) 전위 여부에 의한 분류

① 표준 gear

② 전위 gear

보통의 창성식 gear에 있어서, 잇수가 적은 spur gear를 치절하여 가면 under cut이 생긴다. 이 under cut을 피하기 위하여 또는 중심거리를 바꾸기 위하여 또는 다른 이유로서 전위한다.

과거에는 규격치수의 표준 gear가 많이 사용되었으나, 최근에는 전위기어가 많이 사용된다.

(6) 치형곡선에 의한 분류

① 사이클로이드 기어 (cycloid gear)

② 인벌루트 기어 (involute gear)

③ 콤포지트 기어 (composite gear)

cycloid는 시계,기타 정밀기계에 사용, involute gear는 실용적이고, 일반 기계공업의 거의 모든 기계에 사용.

(7) Gear 소재의 재료에 의한 분류

① 주철 gear             

② 주강 gear

③ 탄소강 gear(SC재) (SF)

④ 합금강 gear

⑤ 일반연강 gear

⑥ 합성수지 gear

⑦ 기타 인청동 포금

(8) 이를 만드는 방법에 의한 분류

① 절삭 gear

② 주조 gear

③ 전조 gear

④ 식치 gear : 치를 rim의 둘레에 묻혀 넣어서 만든 gear이다.

⑤ 인발 gear : 프레스 등으로 gear의 형체를 잡아 빼어 만든 gear.

(9) 물림상태에 의한 분류

① 상시 물림 gear

② 슬라이딩 gear : 변속등의 목적으로 키 축 또는 spline 축의 위를 활동하는 gear.

4-2 Gear의 각부 명치

* p691 참조.

4-3 Spur Gear

(1) Spur Gear 계산식

명 칭	기 호	모듈 m	지름피치 기준	비고
기준피치 원지름	D	Z
이 끝 높 이	a			KS 규격에서는 어탠덤
이 뿌 리 높 이	d	1.25 이상	이상	KS 규격에서는 디텐덤
총 이 높이	h	2.25 이상	이상
이 끝 틈 새	c	(k는 0.25이상)	(k는 0.25이상)
바 깥 지 름		(Z+2)
중 심 거 리	A
피 치	P
이 두 께	t t'
캘리퍼 이높이

(2) 최소 잇수

* p692~693(간섭을 일으키지 않는 치수관계표)

4-4 전위 Gear

*p 693~698 책 참조.

4-5-2 Plastic Gear 재료

범용 engineering plastics가 주로 gear 재료로 사용되고 있다.

이중 PA, PC, POM, 변성 PPE, 폴리에스테르(PET, PBT)의 5종을 5대 engineering plastic이라고 한다.

(1) PA(나일론)

PA-66, PA-6, PA-12, PA-11, PA-46, 아모르퍼스 PA-46, 방향족 나일론(MXD, MCX, 아라아미드)등 일반적으로 내약품성, 내마모성이 뛰어나고, glass 섬유와 친화성이 좋다. 이 때문에 비교적 약하지만 glass 섬유 충진 효과는 크다.

(2) 폴리아세탈(POM)

마모, 피로, creep에 강하고 탄성도 가지고 있다. 내약품성 우수, 결점은 결정성이 강도를 유지시키고 있기 때문에 성형시에 특히 결정성(성형조건)과 열분해에 주의를 요한다.

(3) 폴리카보네이트(PC)

내충격성에 뛰어나고 투명하며 내후성, 난연성이 있다. 또한 무독이다. 결정성이 낮아 치수 안정성이 있다.

(4) 변성 PPE

내열성이 높아 성형하기 힘드므로 변성시킨 grade가 일반적이다. 물에 강하고 난연성을 가지며 치수안정성이 있다.

(5) 폴리에스테르(PET, PBT)

내열성이 뛰어나고 결정성이며, 급냉하면 투명하게 된다. PBT는 PET보다 흡습성이 작으며 내충격성도 갖고 있다. 그러나 폴리에스테르는 물을 포함한 상태에서 고온에 있으면 가수분해하여 성질이 떨어진다.

PET는 충격에 약하기 때문에 glass 섬유를 넣어서 사용한다. PBT는 불투명하다.

4-5-3 Plastic 정밀 Gear

(1) 치수변화 원인

강성계수가 작기 때문에 plastic gear는 강한 금속 gear만큼의 정밀도를 요구하지 않는다고 한다.

그러나 지나친 Tooth-to-Tooth Error(TTE)와 Total Composite Error(TCE)는 소음과 마모 그리고 치형 왜곡에 의한 높은 피로응력을 발생시켜 gear가 조기에 고장이 나는 원인이 된다.

(2) 수치와 충진강화재의 효과

(3) Gate 위치에 의한 효과                    p700~705 참조.

(4) 사출성형 조건에 의한 효과

(5) 사출성형 조건에 대한 Gear 강도

출처 : Korea Engineering & Manufacturing Forum(켐프-구, 컴제포)

글쓴이 : 정은식 원글보기

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