기계요소설계 축 설계 레포트과목명 : 기계요소설계이름 :학번 :지도교수 :제출일자 :목차1. 모터의 제원2. 축베어링설계2-1 축의 강도설계2-2 축의 강성설계2-3 베어링 선정2-1-마무리 축의 강도설계 마무리3. 키설계4. 축이음설계4-1 볼트4-2 너트4-3 와셔4-4 플랜지 설계5. CAD 도면화6. 결론1. 모터의 제원제품명MSK 100 B - 400출력8.8 KWRPM4,500 RPM설계를 위해 모터의 토크를 계산한다.T _{rm motor it} = {974000 TIMES H _{rm kW it}^{prime }} over {N}#`````````````````````= {974000 TIMES 8.8} over {4500} =1904.71`[ rm kg _{f} ㆍmm]선정한 모터의 토크는1904.71` rm kg _{f} ㆍmm임.모터의 기본 출력이 낮아 후속설계에 지장이 생기므로 뒤에서 계산할 요소들과 비교하여 감속비는 1 : 45로 지정했음.（1:5，1:8，1：２０등의 값들도 해보았으나 기계요소들의 부조화가 심해 여러 감속기를 실험해본 결과 1:45에서 나름 이상적인 값을 찾았음.)T _{rm motor it} = {974000 TIMES H _{rm kW it}^{prime }} over {N} TIMES 45#`````````````````````= {974000 TIMES 9.7} over {4500} TIMES 45=85712`[ rm kg _{f} ㆍmm]따라서 최종 모터의 토크 값은85712` rm kg _{f} ㆍmm이다.2. 축 및 베어링 설계전체 설계에 앞서 먼저 파손 순서를 결정한다. 파손 순서를 결정하는 이유는 각 기계요소의 가격과 접근성에 따라 파손시 교체 용이성이 결정되므로 이에 따라 설계자 임의의 안전계수를 부여해 파손 순서를 결정한다.* 파손순서1. 볼트와 너트2. 키3. 축이음4. 축안전계수에 대한 기준점을 잡기위해 google에 여러 학술지 및 참고 자료를 조사해본 결과 축의 안전계수를 5로 설정하는 자료가 가장 많았음. 따라서 축은 5, 축이음은 4, 키와 볼트, 너트는 3으로 설정함. 안전계수 2는 너무 낮기에 파손 순서의 차이를 두기 위해 볼트와 너트에 허용 전단응력값을 더 작게 줄 예정임.* 기계요소별 안전계수기계요소볼트와 너트키축이음축안전계수(S)3345안전계수에 이어 재료선정을 함.*축의 재료 조건1. 부식이 되면 안됨.2. 높은 강도와 높은 인성3. 가공이 쉬워야 됨.미리 제시해주신 재료 중 다음의 성질을 가지는 크롬몰리브덴강을 선정함.[네이버 지식백과] 크롬-몰리브덴강(크로뮴-몰리브데넘강) [chrome-molybden steel] (금속용어사전, 1998. 1. 1., 금속용어사전편찬회)Cr과 Mo을 함유한 강이다. Cr은 강에 경도와 인성을 부여하는데 대해 Mo은 단조성과 피삭성을 부여한 것으로 강에 Cr과 Mo를 가하면 우수한 성질을 갖는 것이 된다. 인발 가공이 쉽고, 두께 0.9㎜ 정도의 관도 만들 수 있다.설계를 하기에 앞서 재료의 물성치를 확인한다.표를 참고함.기호(구기호)최저인장강도 [MPa]최저항복강도 [Mpa]용도SCM 415(5C M 21)834-기어류, 축류SCM 418(H)883-SCM 420(5C M 22)932-SCM 421(5C M 23)980.7-SCM 430(5C M 2)834686SCM 432(5C M 1)833736SCM 435(5C M 3)932785SCM 445(5C M 4)980.7834SCM 445(5C M 5)1030883SCM 822(5C M 24)1030-교재 P.231을 참고. SCM 430으로 선정설계를 위해 각종 응력 수치를 계산함.허용 전단응력tau _{a} (Von Mises 항복조건)sigma _{VM} = sqrt {3} tau _{a}Y= sqrt {3} tau _{a} ``,``tau _{a} = {Y} over {sqrt {3}}Y=686 rm `MPa=70`kg _{f} /mm ^{2} 대입허용 전단응력은tau _{a} = {70} over {sqrt {3}} `=`40.4 rm `kg _{f} /mm ^{2} 임.앞에서 축의 안전계수는 5이므로 최종 허용 전단응력은 다음과 같음.tau _{a} =`40.4 rm ` DIVIDE5=8.08`kg _{f} /mm ^{2}2-1 축의 강도설계* 전제조건- 중실축으로 설계- 변형되면 각 기계요소에 영향을 줄 수 있으므로 항복점을 기준으로 설계- 금속재료의 소성변형 파악을 위해 Von Mises 항복조건을 이용- 키홈이 있는 축축의 강도 설계식을 이용.d= root {3} of {{16T _{rm e it}} over {pi beta tau _{a}}},T _{e} = sqrt {M ^{2} +T ^{2}}교재에서beta값이 주어지지 않을 경우 보통 0.75를 사용한다고 명시.M은 베어링의 간격이 정해지지 않았으므로 미지수.아직 계산 불가임.이어서 교재 P.248의 바흐의 =강성설계에 의한 축지름 조건을 확인해봄.{H`' _{rmkW}} over {(1-x ^{4} )N} T _{2}이므로 고려하지 않는다.D _{B}를 구하고 싶지만delta 또한 미지수이기에 임의의 숫자를 가정해 계산함.delta `=1일때,`D _{B} /2`=2604.35#delta `=2일때,`D _{B} /2`=651.08#delta `=3일때,`D _{B} /2`=289.37#delta `=4일때,`D _{B} /2`=162.77#delta `=5일때,`D _{B} /2`=`104.17#delta `=6일때,`D _{B} /2`=`72.34계산 값 중delta =5` rm mm일 때,D _{B} /2의 규격이 KS 규격에 가장 근접함,따라서 호칭나사 M5로 선정하고 볼트의 길이는 플렌지의 규격에 따르도록 설정함.따라서 볼트의 설계 정리를 하자면볼트의 규격 : M5, 볼트의 길이는 플렌지 설계에 따름볼트의 허용 토크 :T _{b} =( {pi} over {4} delta ^{2} ) tau _{b} ㆍZㆍ(D _{B} /2)= LEFT ( {pi} over {4} 5 ^{2} RIGHT ) TIMES5.39 TIMES8 TIMES104.17=88196.5` rm kg _{f} ㆍmm 볼트의 최대 허용 토크 :T _{b` rm ,max it} =S TIMES T _{b} =3 TIMES 88196.5=264589.5` rm kg _{f} ㆍmm4-2. 너트 설계볼트의 규격에 따름. 볼트와 동일한 재료인 SS400에 M5로 선정.4-3 와셔 설계볼트와 너트의 규격에 따름. 볼트, 너트와 동일한 규격인 M5로 선정.재료는 KS B 1511의 KS D 3559 (경강 선재)의 HSWR62A를 사용함.4-4. 플랜지 고정 커플링 설계재료기호용도 예항복점 [kgf/mm2]기계구조용 탄소강(KS D 3752)SM 10C소형 축, 모터 축19이상SM 20C볼트, 너트, 모터 축, 키20이상SM 25C플랜지, 일반 축27이상SM 45C크랭크 축, 일반 축50이상SM 25C로 선정함.허용 전단 응력 계산 (Von Mises 항복조건)Y=27`rmkg _{f} /mm ^{2}이다.tau _{f} = {Y} over {sqrt {3}} = {27} over {sqrt {3}} =`15.59 rm `kg _{f} /mm ^{2}최종 허용 전단 응력안전계수(S) : 4tau _{f} =15.59 DIVIDE4=3.897` rm kg _{f} /mm ^{2}플랜지 뿌리부의 전단응력T`''=tau _{f} (piD _{f} t) {D _{f}} over {2}D _{f}: 플랜지 뿌리부의 지름t: 플랜지 뿌리부의 두께tau _{f}: 플랜지 뿌리부의 허용 전단응력piD _{f} t: 플랜지 뿌리부의 전단 면적계산을 해야하지만 미지수가D _{f},t로 계산이 불가함.교과서 P.362 참고
