Q. 기계가 가공하기 위해서는 기어라는 부품이 필수로 들어가는데 기어에 대한 내용을 알고 싶습니다.
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.기계 가공에서 선반은 빠질 수 없는데요선반의 주축대 방식에 따라기어식 주축대, 단차식 주축대로 나눌 수 있습니다.단차식은벨트걸이식으로 구조가 간단하나고속회전이 어렵고주축속도 변환이 작습니다.또한 백기어 설치로 저속강력절삭이 가능하고값이 싸지만 운전 시 위험성이 큰 부분이 있습니다.기어식은 전치차식 으로도 부르는데단차식에 비해 강력하고 확실한 구동이 가능하고변속은 레버로 하므로 조작이 간단하고 안전합니다고속회전 및 속도의 단수를 많이 변경가능하고속도 역비를 크게 가능합니다또한 기계설치가 용이합니다다만기계가 복잡해져서 값이 비싸고, 동력손실이 단차식보다 큽니다.전치차식에는기어의 물림을 바꾸는 방법으로 슬리아딩 기어식, 클러치식, 슬라이딩 키 방식 등이 있습니다.슬라이딩 방식축에 고정된 기어와 스프라인 축위를 미끌어지는 기어가 있어서미끌어지는 기어를 축위에 이동시켜서 바꾸어 물림으로 적당한 회전을 얻는 방식타방법에 비해 직접 기어를 이동시키므로해서, 장소가 넓게 필요로해서주축대가 전체적으로 길어지는 결함있음클러치식모든 기어가 축에 대해 공회전 하는 상태기어에 클러치가있어 주축에 연결된 클러치를 축위로 움직여, 필요한 기어의 클러치와 물리게하는 방식이 클러치와 물린 기어가 클러치를 회전시키고클러치 회전으로 기어가 회전하는 방식슬라이딩 키기어가 빈 것없이 모두 물려있는 상태한쪽 축 기어는 모두 축에 고정되어있고, 한쪽 축은 공회전 상태로 유지공회전 축에 키홈을 파고, 이 홈을 따라 좌우로 이동하는 키가 장착되는데키를 움직여서 적당한 기어르 축에 고정시키면, 축 회전은 이 고정된 기어와 물려있는 또 다른 한쪽 기어의 회전에 의해 전달되는 방식기어 이동이 없어 큰 장소를 필요로 하지 않으나키 위치변경이 불편하고 강력한 힘전달이 어려워, 경 절삭용 변속 치차로 사용됩니다.
Q. 자전거 체인 기어를 돌릴 때 어떤 원리로 돌아가는 건지 알려주세요.
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.자전거는작은 힘으로 빠르고 오래 달릴 수 있도록 고안된 기계장치 인데요축바퀴의 원리를 이용하여 작은힘으로 큰 힘을 내는즉, 지렛대의 원리가 작용합니다.페달이 중심축에서 멀기에 작용점이 힘점과 멀어져 큰 힘을 내는 것이고그 큰 힘을 뒷바퀴 기어로 전달하여 움직이는 원리인데요축바퀴에서 또 앞뒤바퀴의 기어비를 통한 지렛대 원리도 적용되는 데요고단일 경우페달에 가해지는 힘은 덜하고, 속도가 느립니다.즉, 출발 시나 오르막 오를 시 저단기어를 사용하게 되구요페달 쪽 기어가 고단이고 뒷바퀴쪽 기어를 저단으로 선택하게되면페달을 밟을 때 힘이 많이 드는 상황이 되나그만큼 뒷바퀴 기어를 빨리 돌릴 수 있는 상황으로속도를어느정도 내서 관성이 생긴상황에서기어를 올려 페달을 밟게되면회전수가 적어도적은 힘으로 뒷바퀴를 빨리 돌릴 수 있는 원리 입니다.
Q. 알루미늄과 강철 중에 어떤 것이 더 강한가요.?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.순수한 알루미늄과 순수한 철을 비교해본다면- 철의 인장강도: 약 370 MPa- 철의 압축강도: 약 300 MPa- 알루미늄의 인장강도: 약 110 MPa- 알루미늄의 압축강도: 약 65 MPa로서 당연히 철이 강합니다만알루미늄합금 과 강철(순철에 탄소를 섞은 일종의 합금)의 강도를 비교해 본다면요단조용 알루미늄의 대표적인 합금으로 두랄루민 이라고 있습니다.항공기 재료 및 총기류 / 자동차 차체 제작에도 쓰이는 데요.(Al-Cu-Mg-Mn 계) 이 합금의 특성은 주물의 결정조직을 고온가공에 의하여 완전히 파괴하고,다음에 이것을 고온에서 물 중에 급랭시킨 후, 시효경화를 일으킴으로써 만들어 지는 합금인데기계적 성질을 본다면1. 인장강도 18 ~ 25 Kg/mm^2 , 연신율 10 ~ 14%,2. 이를 500도 물에 담금질 후 상온에서 4일 이내 경화시키면 인장강도 30 ~ 45 Kg/mm^2 , 연신율 20 ~ 25 % 까지 증가 합니다. 두랄루민의 이 상태는0.2% 의 탄소를 혼합한 탄소강과 기계적 성질이 비슷할 정도입니다.비중 측면에서 본다면 강철 7.8 에 비해 1/3 인 2.9 밖에 안되다보니 특히, 중량을 중요하게보는 항공기기체나 자동차 차체 등의 재료로서 각광받습니다.그외에초두랄루민, 초초두랄루민, 고력 Al 합금 등이 있으며열처리 방법에 따라 인장강도가 최대 50 Kg/mm^2까지 갈 수 있습니다.말씀하시는 강철은탄소강을 말하는 것이며탄소강의 경우 결정 조직에 따라 페라이트, 펄라이트, 시멘타이트로 분류 가능한데페라이트는 인장강도 35 Kg/mm^2,펄라이트는 인장강도 90 Kg/mm^2, 시멘타이트 는 인장강도 35 Kg/mm^2 이하 입니다.페라이트는 소량의 탄소가 섞인 강철로 인장강도는 작고 상온에서 강 자성체 입니다펄라이트는 0.85% C 가 함유되어 있는데페라이트와 시멘타이트의 층으로 나타난조직으로 경도가 크고 자성이 있습니다.시멘타이트는 C를 6.68% 함유한 탄화철로 서 경도와 취성이 커 잘 부스러지는 성질입니다.인장강도 측면에서알루미늄 합금이 아무리 강하다해도 강철 수준에는 미치지 못하나그래도 비중이 1/3 수준에서 상당히 강력한 강도를 지니기에공작 재료로서의 상당한 메리트가 있다 보겠습니다