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직선운동(Straight Line Motion) 실험리포트

1.실험목적기계를 설계하고 사용 할 때에는 부분 부품들 간의 상호운동과 전체운동이 종합적으로 적용되며 이러한 운동들은 복합적인 기계에서도 마찬가지로 적용된다.이런 운동들이 완전하게 이루어지도록 기계를 설계 할 때 또는 제작된 기계의 각부분운동을 충분히 해석하여 그 성능을 파악하는 것이 기계공학실험의 목적이며 이번 실험에서는 포어셀리어(Peaucellier)기구, 스코트 러셀(Scott-Russel)기구, 와트(Watt)기구를 통하여 기본적인 기계 직선운동(Straight Line Motion)의 특성을 파악하고 원리를 이해하는 것을 목적으로 한다.2.이 론링크장치의 슬라이더는 직선 모양의 안내장치에 유도되어 직선 운동을 하게되며, 피스톤 크랭크 기구에서는 크랭크가 회전하고 그것에 의해서 slider가 frame의 안내에 쫓아 왕복 직선운동을 한다. 즉, 기구상의 1점이 그 경로인 직선에 쫓아 인도되는 경우인것이다. 그러나 링크의 짜맞춤만으로 기구상의 1점에 직선운동을 시키는 기구가 있다. 이것을 직선운동기구(straight line motion mechanism)라 하며 이론적으로 정확한 직선운동을 하는 정밀직선운동기구(Exact straight Line Motion Mechanism)와 근사적인 직선운동을 하는 근사직선운동기구(Approximate Straight Line Motion Mecanism)의 2종류가 있다.[1]. 정밀직선운동기구(exact Straight Line Montion Mechanism)(1) 포어셀리어(Peaucellier's Mechanism) 기구(그림 1 - 1)그림1-1에 나타나는 것처럼 8개의 링크로되어있으며, 각 링크의 길이의 관계는이다.링크를 고정하여를점을 중심으로하여 회전시키면 점는 링크에 직각인 직선운동을 한다.- 1 -각변의 길이가 위와 같은 관계가 있는 경우에는 기구가 이떻게 이동하여도의 3점은 항상 일직선상에 있고 또와는 직교하여=이다. 여기서?====- 1 -=- -=(일정)링크와가 일직선으로 될 경우에의 위치를라 하면는 정점이 된다.이때가에 온다면 전과 똑같은 형태로?(일정) 그러므로,는되는 관계에서의 연장선에 정점이 있다.다음에?=?=인 관계에서이며 ∠는 공통이므로∴ △? △= ∠그러므로는 정점를 통과하는 링크에 수직한 직선상에 있다. 즉, 링크가 회전하면는 직선상을 직선운동하게 된다.(2) 스코트 러셀 (Scott-Russel's Mechanism)기구(그림 1 - 2)그림1-2의 기구에서를의 중점에잡아로 한다.,∴즉.점의 궤적은점을 중심으로반경인 원을 그린다.는의 중점이다. 링크를를 중심으로 회전하도록 하고 하고를를 통과하는 직선상에서 움직이도록하면는에 직각인 직선상을 운동하게 된다.[2]. 근사직선운동기구(Approximate Straight Line Montion Mechanism)(1) 와트 (Watt's Mechanism)기구(그림 1 - 3)그림 1-3에서 길이가 같고 평행안를 제3의 링크로 연결하면 링크의 중점는 레버가 상하로 약간 경사지며 왕복 운동을 할 때에 근사직선상을 운동한다.링크가 평행하면 고정점에에 대한의 순간 중심은 극원에 있게되어 점는에 수직한 선상을운동하게 된다. 레버의 길이가 같지 않을 때에는 링크상의 근사직선운동을 하는 점는가 되는 점이다.3.실험기구 및 장치- HTM58보드, HTM56보드, HTM55보드, A3용지, 자, 각도기, 연필, 종이테이프,COM : Simulation(Working Model)4.실험방법[1]. Peaucellier Straight Line HTM.58- HTM58 보드① A3 용지를 HTM58 보드의 기계장치 아래에 깐다.②고정 점와를 중심으로 한 후의궤적을 그린다.③직선운동의 한계점과 대응되는 궤적을 기록한다.④직선 한계 전,후의 각 질점의 운동에 대하여 기록한다.(궤적, 각도 등)- Simulation (Working Model)◎Working Model구성①점의 위치를단위()로 변화하여점의 이동을 고찰.②일 때의점의직선 한계를 작도하고, 한계각을 표현 길이 변화에 따른 각 점의 이동의 변화에 대하여 고찰.[2]. Scott-Russel Straight Line Motion HTM.56- HTM56 보드①A3 용지를 HTM56 보드의 기계장치 아래에 깐다.②고정 점 C를 표시한 후의 궤적을 작도한다.③점이 행정의 양긑에서 각 질점을 이은 형상을 작도한다.④점이 행정을 따라 운동하는 경우의점의 각도를구한다.(5단계)- Simulation (Working Model)◎①점의 위치를 변화 하여점의 이동 범위를 표현하시오.-= 16, 15.5, 15, 14.5, 14-점이 이동을 표현하고,점의 직선 운동 가능 범위(각도)를 찾아보자.②일 때의점의 표현일 때의점의 표현길이변화에 따른점의 직선운동에 대하여 고찰.[3]. James Watt Straight Line Motion HTM 55- HTM55 보드①A3 용지를 HTM55 보드의 기계장치 아래에 깐다.②고정 점를 표시한 후의 궤적을 그린다.이때점의 운동은 제한된 거리의 직선운동을 한다.③중심의 위치에서 링크의 위치를 직선으로 그린다.④와에 의한 각도를 표시한다.- Simulation (Working Model)◎①점의 위치를 변화 하여 링크 기구의 운동의 궤적을 표현하라.-= 6, 5.5, 5, 4.5, 4-점의 궤적,점의 궤적을 표현-점의 위치변화에 따른점의 궤적 변화 고찰②8, 9, 10, 11, 12일 때의점의 표현, 길이 변화에 따른점의 운동에대하여 고찰.5.실험결과[1]. Peaucellier Straight Line HTM.58- HTM58 보드- Lab 1-1 Simulation (Working Model)◎Working Model구성①점의 위치를단위()로 변화하여점의 이동을 고찰.선분OP = 7cm 선분OP = 8cm선분OP = 9cm 선분OP = 10cm선분OP = 11cm②---- 조건1---- 조건2일 때의점의 직선 한계를 작도하고, 한계각을 표현 길이 변화에 따른 각 점의 이동변화에 대하여 고찰.조건1조건1[2]. Scott-Russel Straight Line Motion HTM.56- HTM56 보드- Simulation (Working Model)◎①점의 위치를 변화 하여점의 이동 범위를 표현하시오.-= 16, 15.5, 15, 14.5, 14-점이 이동을 표현하고,점의 직선 운동 가능 범위(각도)를 찾아보자.선분AD = 16cm 선분AD = 15.5cm선분AD = 15cm 선분AD = 14.5cm선분AD = 14cm②일 때의점의 표현 --조건1일 때의점의 표현 -- 조건2길이 변화에 따른점의 직선운동에 대하여 고찰.조건1조건2[3]. James Watt Straight Line Motion HTM 55- HTM55 보드- Simulation (Working Model)◎①점의 위치를 변화 하여 링크 기구의 운동의 궤적을 표현하라.-= 6, 5.5, 5, 4.5, 4-점의 궤적,점의 궤적을 표현-점의 위치변화에 따른점의 궤적 변화 고찰선분BP = 6cm 선분BP = 5.5cm선분BP = 5cm 선분BP = 4.5cm선분BP = 4cm②8, 9, 10, 11, 12일 때의점의 표현, 길이 변화에 따른점의 운동에대하여 고찰.선분BC = 8cm 선분BC = 9cm선분BC = 10cm 선분BC = 11cm선분BC = 12cm6.실험결과 분 석[1]. Peaucellier Straight Line HTM.58- HTM58 보드HTM58 보드를 이용하여 그려본 링크의 궤적 과 시뮬레이션을 통하여 얻은 궤적은 매우 흡사했다. 점,점의 궤적은 는를 반지름 으로 가지는 원의 궤적을 그렸으며 점도를 반지름으로 가지는 원의 궤적을 그렸으나 이 세 개의 궤적모두 완전한 원의 궤적을 갖은 것은 아니다. 링크간의 충돌도 있으며 절대적으로 모든 링크들이 연결된 상태이기 때문에 어느 링크하나가 독립적으로 운동은 이루어 질수없었다. 이런 상태에서 점의 궤적은 이론에서 본거와 같이 일직선상의 직선운동을 하고있었다. 점가 일직선상에 있는는를 반지름으로 갖는 원의궤적에서 움직이며 HTM56보드 결과용지에 있는 점에서 점까지는 직선운동이 정확히 나타났다. 결국 이 두점이 직선한계점이 되는것이다.이 직선한계점을 넘어가는 점의 운동은 HTM58보드 실험결과 용지에도 나와있는것처럼, 선이 원의 궤적처럼 굴곡이 생기기 시작했으며, 그 궤적은 HTM58보드의 링크의 배열과, 서로 연결된 링크들의 성질때문인지 더 이상 그려질수가 없었다.결국 이 HTM58 보드에서는의 길이가 같으므로써 점의 직선운동을 볼수 있었다.- Lab 1-1 Simulation (Working Model)①점의 위치를단위()로 변화하여점의 이동을 고찰.위 보드실험에서는와의 길이가 같았으나 여기서는의 길이를 변화시킴으로써 점와 점의 궤적의 변화를 알아 볼 수 있었다. 현재 이 시뮬레이션의이다. 결국의 경우의 궤적이 다름을 확인 할 수 있었다. 서로의 길이가로 같을 시에는 HTM56보드에서 실험한거와 같이 직선운동의 모습을 볼수있었다.>이 경우에서는 점에서 그려지는 궤적이 약간의 굴곡을 나타냈으며, 그 궤적의 굴곡은 오른쪽에(즉, 점쪽) 원의중심있는 원주의 일부로 그려졌다(“(”이런형태).반대로

공학/기술| 2006.10.31| 18페이지| 1,500원| 조회(2,538)

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