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기계시스템설계 Term Project(과일 착즙기)[과제 점수 만점, A+] 평가A좋아요

Term ProjectMechanical System Engineering전동 과일 착즙기분반 :학번 :이름 :Ⅰ. 설계 배경 및 목적1. 선정 이유2. 작동 원리Ⅱ. 본론1. 개요2. 치수 및 재료 선택3. 3D 모델링Ⅲ. 결론1. 설계 타당성 분석2. 느낀점Ⅳ. 참고문헌Ⅰ. 서론1. 선정 이유그림 1. 프랑스 슈퍼마켓의 과일 착즙기비타민 C는 피로회복은 물론 골다공증 예방과 면역력 향상 등 건강과 직결된 것들이 많기 때문에 충분히 섭취해줘야 한다. 이 비타민 C를 섭취하기 가장 쉬운 방법은 바로 과일 주스를 마시는 것이다.과일 주스는 대부분 믹서로 만들어지는데, 믹서는 마찰열로 비타민과 효소 등 좋은 영양소를 파괴시킨다. 한편, 과일을 눌러 짜는 방식으로 주스를 만들면 영양소 파괴를 줄일 수 있다. 우리나라에서는 찾아보기 힘든 편인데, 프랑스의 슈퍼마켓에 가보면 과일 착즙기가 비치되어 있는 곳이 많아, 즉석으로 영양소를 보존한 과일 주스를 뽑을 수 있다.과일 착즙기는 크게 두 개의 롤러로 구성되는데, 보통 전동모터를 사용하여 작업을 더 빠르고 단순하게 한다. 이 전동 과일 착즙기에는 기어, 벨트, 베어링, 축, 키 등 다양한 기계요소들이 활용되기 때문에, 이번 기계시스템 설계 Term Project에 적합하다고 볼 수 있다. 따라서 전동 과일 착즙기에 사용될 부품들의 파라미터들을 직접 계산해본 후, 이를 기반으로 3D 모델링을 직접해보는 것을 목표로 한다.2. 작동 원리그림 2. 착즙기 원리전동모터에서 발생한 동력이 두 롤러에 전달되면, 이 두 롤러가 서로 반대 방향으로 회전한다. 이때 두 롤러 사이에 과일이 지나가면, 눌러 짜지면서 과즙이 나오게 된다.Ⅱ. 본론1. 개요그림 3. 수동 과일 착즙기그림 4. 전동 과일 착즙기 개요도ⅰ) 설명- 그림 3의 수동 과일 착즙기에 베어링, 벨트, 전동모터를 추가- R1, R2 : 롤러 / P1, P2 : 풀리 / F1, F2 : 프레임 / M : 모터- 보라색 : 기어 / 파란색 : 축&키 / 노란색 : 베어링 / 빨간색 : 벨트ⅱ) 동력 전달1) 전동 모터 -> 풀리 1 -> 벨트 -> 풀리 2(감속) -> 축 1 -> 기어 1-> 기어 2(감속) -> 축 2, 롤러 1 -> 기어 3 -> 기어 4(등속) -> 축 3, 롤러 22) 목표 회전 속도 :w=75rpm2. 치수 및 재료 선택ⅰ) 전동 모터- 출력 :H=3kW- 회전속도 :N _{1} =1400rpm- 모터 축과 풀리의 연결 : 용접ⅱ) 벨트, 풀리1) 개요전동모터와 축 1 사이의 축간거리가 멀고 동력을 잘 전달하기 위해 V벨트를 사용한다. V벨트 사용을 통해 전동 모터에서 발생된 동력을 축 1에 전달해준다. 그리고 모터의 회전속도가 매우 빠르기 때문에 사용을 위해 풀리의 지름 크기 차이를 이용하여 회전속도를 감속시킨다.2) 조건- 벨트 종류 : V벨트- 전달동력 :H=3 TIMES {102} over {75} =4.08ps [전동 모터]- 원동축 회전속도 :N _{1} =1400rpm [전동 모터]- 종동축 회전속도 :N _{2} =300rpm [목표]- 축간거리 :C=1m- 마찰계수 :mu =0.3- 축과 풀리의 연결 : 용접3) 분석- 모터 출력 :H=4.08ps -> 표 11.10에서 B형 V벨트 선택- 벨트풀리의 폭 : 24mm 구멍 지름(Selection 1) : 35mmⅢ. 결론1. 설계 타당성 분석전동 과일 착즙기 설계의 목표는 전동 모터의 동력을 롤러까지 전달하기, 롤러 회전속도를 75rpm을 맞추기, 작동 시 파손을 방지하기였다. 따라서 위 목표를 달성하기 위해 적절한 조건을 설정하고, 분석을 진행하였다.먼저, 전달 동력 4.08ps와 감속비 4.67로부터 벨트와 풀리를 설계하였다. 효율적인 동력전달을 위해 V벨트를 사용하기로 하였고, 전달 동력에 따라 B형 V벨트를 선정하였다. 감속비를 사용하여 풀리 지름을 정하였고, 풀리 지름, 마찰력 등을 활용하여, V벨트의 가닥수, 벨트의 길이 그리고 수정된 축간 거리를 설정하였다. 계산결과, 벨트풀리의 지름D _{1} =120mm,D _{2} =560mm, V벨트의 단면각alpha =39 DEG , 벨트의 길이L _{0} =3099mm, 축간거리C _{0} =991.6mm를 구하였으며, 적절한 조건설정 및 계산과정을 거쳤기 때문에 정상 작동할 것으로 예측된다.두 번째로는 전달동력 4.08ps와 감속비 4로부터 기어 1, 2를 설계하였다. 동력 전달 시 이 파손을 방지하기 위해 모듈을 3으로 설정하였고, 기어 중 비교적 가공이 쉬운 평기어를 선택하였다. 피니언과 기어의 소형화를 위해 피니언의 최소 잇수 표를 참조하였고, 감속비를 활용하여 기어 피치원의 지름을 설정하였다. 피치원 지름으로 원주 속도를 구하였으며, 전달할 하중을 계산한 후, 굽힘강도와 면압강도에 대해 분석해보았다. 분석결과 기름 담금질한 SM15CK을 재료로 선정 하였으며, 적절한 재료선정으로 기어 파손을 방지할 수 있을 것으로 예측된다. 이 단계를 통해 목표 회전속도인 75rpm도 달성하였다.세 번째로는 전달동력 4.08ps와 감속비 1로부터 기어 3, 4를 설계하였다. 기어 3, 4는 축을 통해 롤러와 함께 회전하기 때문에 과일이 맞물려서 착즙이 되려면, 롤러가 같은 속도로 서로 반대방향으로 회전해야한다. 따라서 같은 크기의 평기어를 사용하기로 하였다. 기어 1, 2를 설계했을 때처럼 굽힘강도와 면압강도에 대해 분석해본 결과, 물 담금질한 SNC22를 재료로 선정하였으며, 적절한 재료선정으로 기어 파손을 방지할 수 있을 것으로 예측된다.네 번째로는 축에 작용하는 힘과 베어링 사이 거리, 롤러의 직경을 활용하여 축을 설계하였다. 정확한 계산을 위해선 롤러의 하중을 분포하중으로 계산해야 하지만, 계산의 편의를 위해 과일이 작용하는 반경방향 하중과 합쳐서 집중하중으로 계산을 진행하였다. 과일에는 산 성분이 포함되어 있으므로 부식을 방지하기 위해 축에 스테인리스강(STS304)를 사용하기로 하였으며, 관련 물성치를 계산에 활용하였다. 계산결과 축 2, 3의 지름d=35mm, 축 1의 지름d=22mm로 설계하게 되었으며, 위험속도를 계산해보니 위험속도

공학/기술| 2021.04.04| 21페이지| 2,500원| 조회(553)

기계공학, 기계공학부, 부산대학교, 기계요소설계, 기계시스템설계

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