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설계과정에서 이해해야 할 운동학에 의한 기능 보증

전문가 제언: ○ 정교한 제품은 정밀한 가공설비에서 제작되며 이런 가공설비의 설계는 기능성과 구조강도는 물론 열변형이나 에너지의 전달체계 및 진동.피로현상 등이 가공정밀도에 영향을 주지 않도록 설계해야 한다.

○ 설비는 메커니즘에 따라 요구하는 운동이 다양하므로, 설계자는 각 부품의 기능에 합당한 운동역학을 적용하여 설계하여야 한다. 직선운동과 회전운동을 할 때는 마찰.충격.반복.진동.탄성 등의 복잡한 운동들을 하므로 설계과정에서 적용할 운동역학을 충분히 이해하고 활용 하여 설계를 보증할 수 있어야 한다.

○ 물체와 저항체가 일체로 회전운동을 할 때는 비틀림 진동이 발생된다. 이 회전축의 비틀림 강성 R = kθ, 축의 강성 상수 k = , 축의 비틀림 각도 θ = Ccos(pt) + Csin(pt), ℓ: 축의 길이, 고유진동수 p: 로 설계할 수 있다. j: 원판의 관성모멘트, G; 횡탄성계수, Ix= 단면 2차모멘트(=)를 나타낸다.

○ 직선운동을 하면서 물체 자체의 질량을 감소시키는 예로 로켓의 추진력을 들 수 있다. 로켓의 추진력은 연료의 연소로 얻어지나, 본체는 연료의 감소분만큼 질량이 감소되어 더 빠른 추력을 얻는다. 즉 가스 분사력의 반력이 외력으로 작용하는 운동으로 자체의 질량(m)이 감소한다. 따라서 뉴턴의 제2법칙( = + )을 적용할 수 있다.
여기서 는 로켓의 또 다른 추력이므로, = -km가 되어,
m(1 - kt)= kmv - m(1 - kt)g가 성립한다. 이것을 적분하여
추진속도 v = -g(t - t)를 설계모델로 활용할 수 있다.

저자: Ootaki Hideyuki
자료유형: 학술정보