기계요소와 기계설계

1. 기계설계의 방법
   
   
1. 설계 방법
   기계를 제작함에 있어서 먼저 가장 유효하게 작용하는 기구를 선정하고 다음에 각 기계 요소 등에 대한 외력，관성，진동 등을 생각하여 내력과 변형율의 크기를 계산하고 이에 적합한 재료를 골라서 기계가 안전하고 확실하게 요소의 성능을 발휘할 수 있도록 형상과 치수를 정한다. 이밖에 경험적 요소도 아울러 생각하고 공작 등을 고려하여 설계 한다.
   
2. 기계설계에 필요한 지식
   기계요소에 작용하는 응력 상태，형상，재료 및 제작법에 대한 지식을 종합적으로 알고 있어야 되며，기계설계에 필요한 기초지식과 전문지식은 다음과 같다.
   
   - 기초지식
   ① 기구학적 지식 （기계 각 부의 상호운동에 관계）
   ② 기계역학적 지식 （기계 각 부의 힘의 관계）
   ③ 재료역학적 지식 （재료 또는 부품의 내력 및 변형에 대한 관계）
   ④ 재료과학적 지식 （재료의 선정 및 특성의 관계）
   ⑤ 기계요소적 지식 （기계 요소의 성질에 대한 관계）
   ⑥ 기계공작적 지식 （기계를 제작하는 방법에 대한 관계）
   
   - 전문지식
   ① 유체역학적 지식 （유체역학，유체기계）
   ② 열역학적 지식 （열역학，증기공학，내연기관，열전달）
   
   공작기술의 진보，재료의 발전 및 기계의 자동화 및 자동제어 등으로 인하여 기계의 설계는 system engineering 으로 발전하고 있다.
   
   
2. 기계설계에 고려되는 사항
   신뢰성，공작성，유지성，경제성，독창성，표준성，호환성，운반성，합목적성，계산의 정확성 및 정숙성 등이 고려되어야 한다.
   
   
3. 계획 설계
   유사 제품의 시장조사，생산성，제품 가격 등을 조사하고 조사자료를 정리통합하여 데이터와 샘플처리를 하여 창조성에 입각하여 계획해 나가야 한다.
   
   
4. 기계시스템 설계
   기계 운동계 내의 하나의 기구를 빼내어 입력 X 와 출력 Y 와의 관계를 Y=F(x)로 줌으로써 새로운 기구로 만들 수가 있는데 이것을 기구의 총합이라 부르고 이 총합을 크게 나누어 형식，수，양의 3 가지 총합을 주장하고 있다.
   
1. 형식 총합 - 입력관계 Y= F (X）가 주어지면 설계자는 외부 구속조건으로부터 외부기구（고정절，입력절·출력절의 입출력량의 표시，형식，위치，형상，대우） 등의 형식을 결정한 다음 입력절과 출력절을 연결하는 내부기구를 결정한다．
2. 수의 총합 - 형식 총합에 있어서 link 및 joint 의 연쇄 형식이 결정되면 자유도가 검토된다. 이 경우 기구의 형식을 모델화 하면 기구의 자유도를 확실히 파악할 수 있다. (이 때 자유도가 동일한 기구 사이에 치환이 가능하다.)
3. 양의 총합 - 수의 총합을 완료하면 기구의 link 및 joint 의 기하학적 위치 및 치수를 입·출력에 따라 결정하여야 한다． 이것을 양의 총합이라 한다．
• 함수창성 기구: 주어진 입 · 출력절의 운동의 함수 관계로부터 각 link 의 기하학적 치수 및 joint 의 위치를 결정
• 경로창성 기구: 기구의 중간절상의 일 점이 주어진 경로에 따라 운동하도록 각 link 의 기하학적 치수 및 joint 의 위치를 결정
  
  
5. 기본설계
   
1. 운동학적 구성: 기구의 총합에서 기구의 운동 상태를 파악할 수 있으므로 기구를 구성하는 각 요소 (joint, link)의 속도 및 가속도를 구할 수 있다.
2. 재료의 선택: 기구가 구성되면 이 운동을 정확히 하기 위하여 joint 사이의 헛돌기，link 의 탄성 변형을 작게 하고 화학적，전기적으로 신뢰성 있는 재료를 택한다.
3. 요소의 강도: 하중의 종류 （정하중，동하중，충격하중）,응력집중，크리프，피로，노치계수，강성，노치 및 치수효과，강도의 균일성，안전계수 등에 주의하여 강도 설계한다.
4. 요소의 중량: 요소의 형식 및 비중이 결정되면 요소의 중량이 계산되며 원가계산，운동특성 계산에 사용된다.
5. 운동계의 고유진동수: 운동계의 고유진동수가 운동의 주기가 일치하지 않도록 동적 설계를 한다.
6. 기계의 시작: 역학적 설계가 완료되면 시작기계를 제작하여 기능，성능을 검토하고 개량한다.
   
   
6. 생산설계
   
1. 목적
   양산에 옮길 때 기능，성능을 유지하면서 생산능률을 향상시키기 위하여 형식 및 치수의 단순화，치수와 재료의 통일화 및 규격화，공작법의 개선 및 공정의 감소，조립 조정의 합리화 등에 관한 사항을 검토한다.
2. 설계의 관리시스템
   기계 제조공장의 조직，재료관리，공정관리，운반관리，연구관리 등에 관한 사항을 고려 한다.
3. 인간공학적 관리
   기계의 상태를 검지하고 동작을 주는데 있어서 보고 읽는 것을 편리하게하고 조작을 손쉽게 하도록 설계하고 색채，조명，진동，소음 등의 환경이 인간에 피로를 주지 않도록 하고 구성미가 상품의 가치를 높일 수 있도록 한다.
   
   
7. 설계계산서
   
   설계과정에서 사용된 이론，가정，계수，수치，계산 등의 내용을 기재한 계산서로 근거를 명확히 한다． 이는 세부 설계자가 동시에 이용하게 되며 후에 각종의 검사，시험，검토 시 필요한 자료가 된다.