안녕하세요. 김상규 전문가입니다.
기계공학
Q. 에에컴프레샤 사양선정 시 질의사항있습니다
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.에어 컴프레샤 선정 시에는일반적으로 에어 소모량을 알아야하는데요.실제 필요한 에어소모량 수치의 최소 2.5~3배를 선정하셔야합니다.에어소모량이 많은데 콤프레샤 에어생산량이 작으면컴프레샤 사용 시 초창기만 센 압축공기가 나오다가점점약해지면서, 콤프레샤 압력이 올라간 후 다시 사용 가능하기에대기시간, 작업시간이 길어지는 불편ㅇ ㅣ있습니다.또한 모터가 계속 동작해야되기에 발열로 인한 내구성도 저하됩니다.일단 에어소모량에 맞는 콤프레샤 마력을 선정한 후컴프레샤 탱크 용량도 선정해야하는데현장 공간에 적당한 탱클를 고르시면 됩니다.질문자님 말씀으로 본다면에어생산량은 만땅으로 찼을 때의 용량이기에 안전밸브 세팅 값 까지 갔을 때 용량일것이기에실제 에어소모량이 많으시다면앞전 설명대로 최소 2.5 -3배의 용량으로 산정하시는 것이 좋을 듯 합니다.
기계공학
Q. 기계공학에서 재료의 피로(fatigue) 현상은 어떻게 발생하며, 이를 방지하거나 최소화하기 위해 어떤 설계 방법과 재료 선택이 중요한가요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.자동차 관련 부품으로볼트, 기어, 핀, 샤프트 등의 피로파괴 사례를 볼 수있습니다.볼트의 경우 고장력볼트가 사용되는데 피로파괴볼트 조사경우 표면 미세균열들이 다량 발견되었고, 원인은 표면처리 결과로 판정되었습니다. 고장력볼트에서 금지된 아연도금 공정으로 표면처리되었는데아연도금 공정 중 전기분해에 따른 수소원자가 볼트 내부로 침투한 경우응력이 인가되면 결함부주위로 수소원자들이 모여 균열이 발생되었습니다이것은 수도유도균열현상이라 합니다.또한 제조공정이 전조가 아닌 선반가공으로 된경우 불완전 나마부위에 큰 응력집중으로 균열발생.따라서 전조공정으로 변경하고, 표면처리도 흑피나 인산염처리로 피손 방지한 사례가 있습니다.
기계공학
Q. 3D프린트는 어떤기계인가요? 궁금합니다
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.3D 프린터는 기존 일반 프린터가 2차원 평면에 출력을 하는 것과 달리3차원으로 출력을 해내는 장비입니다.3차원을 모델링 데이터를 한층 한층 쌓아서사람이 직접 만질 수 있는 물리적인 형태로 출력해 내는 장비입니다.이런 장비는현재 금형공정으로 찍어내는 것이 불가능한어떠한 형태로도 제작이 가능하며일반 프린터라면 잉크로 생각되는사용재료 또한 플라스틱, 금속 외 기타재료를 사용하요기게, 공업, 의료, 바이오 제조 산업에서도 활용이 가능합니다.모형 수준이 아니라 실제 직접 사용가능한 제품을 바로 제작가능하며다품종 소량생산도 모델링 데이터/도면 만 있따면 얼마든지 생산적용 가능한 기기입니다.중요한 점은 일종의 도면즉, 3차원 모델링 데이터가 반드시 필요하다는 점인데이런 데이터 획득 방법으로는 직접 프로그램으로 3차원 모델링을 하거나3차원 스캐닝을 하는겁니다.스캐닝에는 휴대용 스캐너, 의료용 단층촬영(CT), 자기공명 (MRI) 촬영 및 산업용 3D 스캐닝 방법 등이 있습니다.산업적으로보면자동차, 전자, 항공, 선박, 주얼리 분야가 활용도가 많고최근에는 의료분야 중 치과 임플란트 제작이나 고관절대용, 보청기 및 수술관련 검사용으로발전하는 경향입니다.국내는 패션주얼리 , 안경, 신발 등에서도 활용되는 상황입니다.
기계공학
Q. 자동차 엔진의 열효율을 높이기 위한 다양한 방법에는 어떤 것들이 있나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.터보차저는 엔진 실린더에 공기를 주입함으로써피소톤의 움직임을 높이는 방식입니다.통상 달팽이 모양으로 되어있고, 그 안에 바람개비 형태 터빈/임펠러가 있습니다.터빈과 임펠라가 각각 엔진으로 부터 배출되는 배기가스를 회수하여이를 압축해 엔진으로 보내는 역할을 나눠서 합니다.자연흡기가 아닌 엔진에서 배출되는 가스를 재사용하므로 그만큼의 열회수가 되어 열효율이 좋고 출력이 높아집니다.다만 터보차저는 엔진 회전이 낮을 때배기가스 유입도 작아서 다소 느린 가속을 보여주다가엔진이 일정회전수 를 넘어서면 그때 급격히 출력이 상승하는 ..터보랙 현상이 있습니다. 터보차저의 단점입니다.인터쿨러는 터보에서 추가적으로 출력을 높이기 위해 고안된 장치로터보엔진이 힘을 발휘하기위해서 고압으로 압축된 공기가 필요한데,이때 공기는 부피가 상당히 늘어나므로 마이너스 요소가 됩니다.이 마이너스 요소를 상쇄하기위해공기를 식혀서 공기의 압축효율을 올리는 장치가 인터쿨러 입니다.냉각을 통한 공기밀도 상승시켜, 더많은 공기를 엔진 연소실로 보내기위한 방법으로터보 인터쿨러는 일반적으로 엔진과 냉각시스템 사이에 위치하며, 고온의 공기를 냉각후 연소실로 보내는 역할입니다.고온의 압축된 공기를 냉각하여 공기밀도를 증가시키는 기능으로연료와 공기를 더많이 혼합하여 더 많은 연소를 일으키고 이에 따라 엔진의 출력이 증가합니다. 또한 더많은 산소공급에 따른 연료 효율도 상승하므로 연비도 향상됩니다.터보의 문제점을 보완하기 위해 인터쿨러가 장착되므로터보차저만 사용되는 경우는 거의 없다고 볼 수 있습니다.즉 터보차저를 통해 공기 압축 후 인터쿨러 통해 공기밀도 높여서더많은 공기를 연소할 수 있도록 하여출력을 증가시키고연비를 향상시키는 시스템이 되겠습니다.어설픈 설명이 도움이 되었는 지 모르겠습니다.
기계공학
Q. 기계 부품 설계 시 재료 선택의 중요성은 무엇인가요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.항공기 부품 측면에서 설명드립니다.항공기 부품에는 비철합금, 철 합금, 비금속 재료 등이 여러부분에서 골고루 사용됩니다만이들 재료가 사용되기위한 필요 조건으로는강성(물체가 외부의 힘에대해 저항하는 정도)이 커야하고탄성(물체가 외부힘에 의해 변형되었다가 돌아가는 성질)이 있어야 하는데요.또한 주위 온도에 대해 민감하게 성질이 변하지 않고피로파괴(물체에 힘이 반복적으로 가해졌을 때 그 이후 물체가 파괴되는 현상)에 내성이 좋아야 합니다.합금 부분 말씀하셨습니다만알루미늄 합금부터 말씀드리면항공부분에서 급진적 발전이 이뤄진것은알루미늄 합금인 두랄루민 의 실용화가 실현되면서 부터 시작되었고1930년대 와서 경금속을 이용한 비행기가 최초 등장했습니다.두랄루민은 구리와 마그네슘을 알루미늄에 넣은 합금으로강철과 비슷한 강도에 비중은 2.8로 강철의 30프로 가량밖에 되지않아가볍지만 강철같은 강도의 재료로 비행기 재질로 적합했습니다.또한 가공도 쉽고 가격도 비교적 저렴하여 항공기 재료 / 부품의 주류를 이루게 되었습니다.티타늄 합금 부분에 말씀드리자면두랄루민 이후 비행기 기술은 급가속 발전하여비행속도가 음속을 돌파하고 되는데비행속도가 마하 2.7가량을 넘게되면비행기 기체표면온도가 200도 이상으로 상승하게됩니다.이때 알루미늄 합금의 강도가 떨어지는 현상이 발생하게되어기체가 견디지 못하는 결과를 가져오게 되는데요.결국 이런 결과로 인해 고속비행체의 기체구조에는티타늄 합급이 사용되게 됩니다.티타늄 합금은 강철의 두세베의 강도에 비중이 작을 뿐 아니라피로저항(반복적 힘이 가해져 재료의 강도가 약해지는 현상에 대한 저항)이 좋고부식에도 강한 장점이 있습니다만재료의 가격이 높고 가공또한 쉽지않으므로일반 비행기에는 방화벽 등의 일부부위에만 적용됩니다.최근 기조를 보면금속 합금 외 탄소섬유나 유리섬유 등 복합재료가 나와서 사용되고있으며복합재료들은 비중이 강철의 20프로 이하면서 특수강과 비슷한 강도를 가지므로기존 알루미늄합금 대체시 기체의 무게를 20프로 이상 감경할 수 있습니다.최근에는 어떤 힘에도 늘어나지 않는아라미드 섬유도 개발되어 플라스틱 재질 보강재로 사용됩니다.