안녕하세요. 김상규 전문가입니다.
기계공학
Q. 커다란 배가 어떻게 바다위를 건널 수 있는지 알려주세요.
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.선박이 일단 물에 떠야만 바다르 항해 가능합니다.그렇다면선박이 물에 뜨는 원리를 살펴봐야겠지요배가 물에 뜨는 원리는 아르키메데스의 원리 인데물체나 체적이 부분적으로 또는 완전히 액체에 잠겨 있을 때그 물체에 작용하는 부력은그 물체가 압축된 액체의 무게와 같다는 원리 입니다.이 부력은 물체가 떠오르는 힘으로 작용하게 되고, 이로써 물체는 뜨게 됩니다.선박이 물에 뜨는 원리로 대입해보면선박의 형태와 부피선박의 형태가 물체의 부피를 결정하고, 이 부피가 선박이 물을 밀어내는 양과 관련아르키메데스 원리선박이 물에 떠있을 때, 물의 아래에서 밀어내는 부력이선박의 무게와 같아집니다. 이 부력은 선박의 부피와 형태에 따라 결정 되는데선박 무게가 부력보다 크다면 선박은 침몰합니다.밀어내는 액체의 무게선박이 물을 밀어내는 데 필요한 부력은선박의 부피와 형태에 의해 생성되는데 , 이 부력이 선박무게와 같아지면 선박은 뜹니다.선박의 형태와 부피에 따라 결정되며 선박에서 부력을 조절하는 방법은 아래와 같습니다.선박의 부피/ 형태 조절선박의 부피를 증감시켜 부력을 증감시키는데, 선박의 설계 및 구조 변경으로 구성선박의 잠금밸브 조절선박 내부의 물의 양을 조절하여 부력을 조절화물조절화물야 조절로 부력조절 - 많은 화물을 실으면 부력이 증가/ 반대는 감소워터 밸러스트 제어물을 배출하는 장치로 물을 흡입/ 배출 하면서 부력 조절또한 선박의 구조는목적과 크기에 따라 다를 수 있는데선박의 용골(keel)은 선박에서 가장 중요하고 기본적인 구조 중 하나로선박 아래부분에 위치하는 길쭉한 구조물로서 중요한 역할 을 수행합니다주요 역할을 나열하면안정성 제공: 파도,바라 및 기타 외부 요인에 대해 선박이 물위에서 균형을 유지하도록 보조.선박의 중심선 : 선박의 전반적 구조/디자인에 영향을 주는 중심선으로, 이 중심선을 기준으로 배치됨부력조절 : 선박의 부력시스템이 용골과 상호작용하도록 설계됨러더 / 헬름 지원 : 선박의 헬름과 러더는 용골에 부착되어있는데 선박의 방향제어에 사용됩니다. 헬름은 용골 주위 장치 조종하여 선박의 방향을 변경\ 러더는 이 작업을 실제 수행합니다.구조적 지원 : 선박의 엔진, 동력시스템, 통신 장비 및 다른 시설 등이 용골에 부착되거나 연결되어 용골이 이들을 안정적으로 지탱하면서 선박기능 보장.참고로 배의 부력 조절 하는 부분에서 물의 흡입/ 배출 관련이 있었습니다만부력 조절 뿐 아니라선박 무게 중심을 위해배 밑바닥이나 좌우에 물을 채우거나 비우면서 배의 균형을 맞추는 역할 도 하는데요.이를 선박 형형수 라 합니다.
기계공학
Q. 기어비에 대해서 쉽게 좀 알려주세요.
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.기어비는두 기어의 이빨 수 또는 회전속도 비율을 나타내는 값입니다.기어비 조정으로 장비의 속도와 힘을 조절 가능하며이는 장비 성능에 직접적인 영향을 미칩니다.기어비는두 기어 사이 속도비율을 나타내는 중요한 개념으로주로 두 가지 방법으로 표현됩니다.기어의 이빨 수 비율 두 기어의 이빨 수를 비교하여 기어비 산정 가능회전속도 비율구동기어와 구동되는 기어의 회전속도를 비교하여 기어비 계산가능계산방법은 간단하빈다.이빨 수 이용 계산구동기어 이빨 : 20개, 구동되는 기어 이빨 : 40개 일때 기어비는기어비 = 구동기어이빨 / 구동되는 기어 이빨 = 20 / 40 = 0.5이 경우 기어비가 0.5라는 것은구동기어가 한바퀴 회전할 때, 구동되는 쪽 기어는 반바퀴 회전한다는 개념입니다.회전속도를 이용한 계산구동기어 회전속도 : 1000 RPM, 구동되는 기어의 회전속도 : 500 RPM기어비 = 구동기어RPM / 구동되는 기어 RPM = 1000 / 500 = 2이 경우에 기어비가 2 라는 것은구동기어가 2바퀴 회전할 때, 구동되는 기어는 1바퀴 회전한다는 의미입니다.기어비가 1보다 크면구동기어는 구동되는 기어보다 더 많은 회전을 한다는 의미이며이는 속도 증가 와 토크 감소를 의미합니다.반대로기어비가 1 보다 작으면구동기어는 구동되는 기어보다 적은 회전을 하게 되며이는 속도 감소와 토크 증가를 의미합니다.자동차를 예로 들면저속 기어에서는 높은 기어비를 사용하여 더 큰 토크를 제공하고(오르막 같이 힘이 필요한 경우에 저속 기어가 사용되지요)고속 기어에서는 낮은 기어비를 사용하여 더 높은 속도를 제공합니다낮은 기어비의 장단점 이라면장점높은 속도 : 엔진회전당 더많은 바퀴 회전이 가능하여 고속 회전 시 유리연비 향상: 자동차라면 고속주행 시 엔진회전수를 낮추어 연료 소모를 저감가능단점낮은 토크 : 출발 시/ 언덕 통과 시 높은 토크 제공 불가부하 증가 : 엔진에 큰 부하가 걸려 엔진내구성 영향높은 기어비의 장단점장점높은 토크 : 엔진 회전력 강화로 더많은 토크 제공가능가속성능 향상 : 저속에서 가속성능 향상으로 도시주행 등 빈번한 출발/정지 상황에 유리단점속도제한 : 바퀴 회전수 감소로 최대속도가 낮아짐, 고속주행에 불리연비저하 : 엔진 회전수가 높아져 연료소모 증가로 연비 저하.이 같은 내용으로기어비의 간략한 설명 및자동차를 예로 든 상황을 나타내보았습니다.
기계공학
Q. 전기차도 중량이 무거우면 연비가 떨어지는지 궁금합니다.
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.전기차는 전기로 구동되기에연료소비라는 개념이 아닌 전기량 효율 이란 용어로 사용되며일반적으로 전비 라고 표현됩니다.전비는 일반적으로 kwh 당 주행거리로 해서km / kwh 로 표현하기도 하며kwh / 100 km 로 100km를 주행하는데 소비하는 전력량 으로 표시하기도 하는데요.전비는 차량의 크기, 중량, 기술, 주행조건 등에 따라 달라집니다.당연히 차량 중량이 무거워 지면 전비또한 떨어지는 효과가 날 것입니다.일반적인 모터의 소요동력 계산식을 비교해서 본다면펌프에서의 모터 소요 동력 계산식을 비교해서 이해해볼 수 있겠습니다.Ph(kw) = Q x ρ x g x H = Q x ρ x g x H / (3.6 x 10^6)Q : 유량 (m^3 / hr) , ρ= 유체 밀도 (kg/m3) , g=중력 가속도 (9.81m/s^2) , H= 양정(m)Ph = 펌프 모터 소요동력여기서 차량의 중량이 늘어나는 부분을펌프에서의 양정이 늘어난다고 하는 부분과 비견해서 대입해볼 수 있겠습니다.펌프에서의 양정의 물높이가 그만큼높아서 밀어줘야하는 무게가 늘어난다고 이해하시면 되겠습니다.산술식에서 양정이 늘어남에 따라펌프 모터의 소요동력도 늘어납니다.즉, 그렇게 차량 모터에서의 차량 중량이 늘어나는 부분으로 이해한다면당연히 차량의 모터 소요 동력 또한 증가하므로차량 중량이 늘어남에 따라전비 또한 떨어진다고 비교해서 이해할 수 있겠습니다.
기계공학
Q. dc 모토에 연결된 프로펠러를 회전시켜 생산되는 전류를 측정하고 싶은데요 아두이노로 측정할 수 있다면 코드를 어떻게 짜야 할까요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.아두이노 측정 시일반적인 전류측정 소스코드는 #define CURRENT 20void setup() { Serial.begin(9600);} void loop() { float volt = analogRead(A0) * (5.0 / 1024); float current = (volt - 2.5) * (CURRENT / 2); Serial.print("volt: \t"); Serial.print(volt); Serial.print(" current: \t"); Serial.print(current); Serial.println(); delay(100);}로 알고있습니다// CURRENT 의 20 대신 30A 나 5A제품의 경우, 30 또는 5를 적어 주시면 됩니다.
기계공학
Q. 자동화기계 설비보전 하는일 괜찮을까요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.스마트머신 유지보수공유압제어전기 시퀀ㅅ 제어기계장비 도면해독HMI 프로그래밍 PLC 프로그램 제어스마트머신 운용 등 가능하다면설비보전 직종엔 어느곳이나 가능하겠는데요.일단 일을 하시다보면어떤 부분이 보완되야 더 나은 곳을 갈 수 있겠다라는소위 말하는 각이 나오는 것이니일단 지켜보시면서 본인 만의 시야를 넓히셔서새로운 길을 도전해 보는 것도 좋습니다.30대 되신듯한데 아직 한창 남았습니다힘 내시고안주해서 매너리즘에만 빠지지만 않으면기회는 항상 열려있으니항상 힘내시길 빕니다.