기계요소설계 종합

제1장 기계설계의 기초

1.1 기계설계의 원리

기계에는 공작기계, 동력기계, 수송기계, 건설기계, 식품기계, 섬유기계 등등 사용하는 환경 및 조건에 따라 수많은 종류의 기계가 있으며 그 성능과 구조에 의해 간단한 것에서부터 복잡한 것에 이르기까지 다양하다. 따라서 이들 각각의 기계를 잘 설계하기 위해서는 기계공학에 관한 기초적인 지식에서부터 전문적인 지식이 요구되며, 나아가서는, 나날이 새롭게 개발, 발전되고 있는 제반 과학기술의 다양한 지식이 필요하다. 그러나 아무리 복잡한 기계라도 이것을 분해하면 동일한 종류의 여러 부분품으로 구성되어 있으며 이들 각각의 부분품을 설계하고 조합하므로 해서 어떠한 기계도 만들어 낼 수가 있는 것이다.

1.1.1 기계요소 설계

기계를 설계하기 위해서는 먼저 기초이론, 성능해석, 구조계산, 시작실험 등을 다루는 개발부문의 설계가 있고, 설계 자료의 조사, 기구(機構; machinery)의 검토, 기능계산, 계획도, 시방서(示方書; specifications) 등을 작성하는 기본설계(基本設計; fundamental design), 그리고 기계를 구성하는 각 부분의 강도계산, 제작도 등을 작성하는 상세설계(詳細設計; detailed design)로 대별할 수가 있다. 앞에서 서술한 바와 같이, 아무리 복잡한 기계라도 이것을 분해해 보면, 공통적인 여러 부품으로 되어 있으며 이를 기계요소(機械要素; machine elements)라 하며, 기계요소설계는 앞에서 얘기한 상세설계에 해당된다.

1.1.2 기계설계에 있어서 고려해야 할 사항

기계설계는 기능 및 구조적인 문제뿐만 아니라, 안전 및 환경공학적 문제와 최근의 추세에 맞추어 인간공학적 문제, 미적인 요소까지도 유의하여야 한다. 설계에 있어서 고려되어야 할 사항을 열거하면 다음과 같다.

① 필요로 하는 기능을 충분히 만족하고, 확실한 동작 및 강도가 충분한 신뢰성을 가져야 하며 요구되는 수명을 만족하여야 한다.

② 기계의 기구는 사용목적에 맞도록 간단해야 하며, 운반 및 설치, 보수 등을 고려하여 경량소형화가 바람직하다.

③ 효율이 좋고 수리 및 유지비가 저렴하도록 규격 및 재료에 대해 표준성, 호환성을 고려하여야 한다.

④ 제작비등의 경제적 가치를 고려하여 최적설계를 하여야 한다.

⑤ 외관 및 디자인이 좋고 독창성을 가져야 한다.

⑥ 진동, 소음 등의 환경공학적 문제와 인간 활동을 최적화할 수 있는 인간공학적 요소를 고려하여야 한다.

⑦ 최근의 과학기술의 발달을 고려하여 신소재 등을 고려한 재료공학적 측면, 공장자동화를 위한 전기·전자 공학적 측면도 고려하여야 한다.

1.1.3 설계의 표준화

기계요소는 공통적인 기능이나 구조를 가지고 있고 어떠한 기계에도 적용될 수 있도록 하여야 하며, 생산성 향상을 목적으로 한 다량생산을 위해 재료, 형상, 치수 등을 표준화(標準化; standardization)하므로 해서 정밀도 높은 제품을 적은 생산비로 빠르게 제조할 수가 있다. 이러한 표준화는 특정 영역에만 국한된 것이 아니고 기계공업 전 분야에 걸쳐 동일하지 않으면 안 된다. 표준화규격은 표 1-1에 나타내는 바와 같이 여러 나라마다 자체적인 규격이 있으며 약간씩 다르기 때문에 규격의 국제화를 위해 1949년에 ISO(International Organization of Standardization: 국제 표준화 기구)가 설립되어 있다. 우리나라의 표준화규격인 KS(Korean Industrial Standard: 한국공업규격)는 표1-2와 갈이 각 부문별로 나누어지며, 또한, 기계부문은 표1-3과 갈이 세분된다.

국 명	규 격 표 기
한 국	KS(Korean Industrial Standard)
미 국	ASA(American Standard Association)
독 일	Din(Deutche Ingenier Norm)
일 본	JIS(Japanese Industrial Standard)
영 국	BS(British Standard)

분류기호	부 문	분류기호	부 문
KSA	기본부문	KSG	일용품부문
KSB	기계부문	KSH	식료품부문
KSC	전기부문	KSK	섬유부문
KSD	금속부문	KSL	요업부문
KSE	광업부문	KSM	화학부문
KSF	토건부문

분류숫자	분 야
B 000I~0009	기계기본
1000~2999	기계요소
3000~3999	공구
4000~4999	공작기계
5000~5999	측정, 계산용 기계, 물리기계
6000~6999	일반기계
7000~7999	산업기계
8000~8999	수송기계

표준화를 통하여,

① 규정된 생산, 설계, 시험방법 등으로 인한 자동화의 용이성 및 작업능률의 극대화

② 시장조사를 통한 예측생산 및 그로 인한 재고관리의 용이성

③ 자동화 등으로 창고 및 전체공장규모의 축소가 가능

④ 제품의 규격화로 인한 교환성 제품원가의 절감

과 같은 장점이 있으나, 한편 규격이외의 제품을 생산할 경우 특별주문을 하는 등의 생산단가가 증가하는 문제점, 규격을 심의하고 제정하는 과정에서의 제작회사 상호간의 이해관계, 그리고 규격의 개정․경신 시마다 생산설비를 개정해야 하는 다소의 문제점도 고려해야 한다.

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