SMENG

우리가 흔히 볼 수 있는 기계 요소 중에 스프링(Spring)이 있다.

볼펜 심 부분, 차량 현가 장치 등의 여러 기계 요소에 들어가는 부품이다.

인장/압축 스프링, 비틀림 스프링(토션 스프링), 판스프링 등의 많은 종류가 있다.

우리가 스프링 설계를 할 때, 스프링에 대해서 알고 싶은 부분은 스프링 상수이다.

단위길이당 하중인 스프링 상수는 하중이 스프링에 가해질 때 스프링의 변위를 알기 위한 수단이다.

3-코일스프링 용량계산.xlsx

위의 첨부파일은 아래의 그림처럼 여러 요소를 입력하여 스프링에 대해서 계산을 한다.

횡탄성 계수(G)와 재료의 인장강도(σ) 부분은 스프링을 만들고자 하는 재료의 데이타를 입력하여야 한다. 이부분은 내가 나중에 업데이트를 다시 하도록 하겠다.

 총 권수는 스프링이 감긴 총 권수를 말하며, 보통 "유효 권수+2" 정도를 한다.

유효 권수(유효 감김수)는 3미만에서는 특성이 불안정하기 때문에 3이상이 좋다.

스프링 감김의 피치(p)는 코일의 중심경의 절반(0.5 x Dm)이하로 하는 것이 좋으며 스프링 제작시 제작 오차는 KS B 2402를 적용한다.

내 자료는 보통 문자 입력부분이 정해져 있다. 때문에 더 자세한 부분의 사용법은 생략하도록 하겠다.

만약 계산기의 오류나 개선사항이 있다면 나중에 업데이트 하도록 하겠다.

지난번 에어 실린더 용량 계산기와 마찬가지로 유압 실린더 용량 계산기도 만들었다.

유압 실린더 역시 용량 선정을 할 때 중요한 것은 밀어내는 힘, 당기는 힘, 소비 유량 등의 요소들이다. 실린더의 소비 유량을 계산해야 유압 유니트의 용량 또한 선정 가능하기 때문이다.

에어 실린더에서는 압축 공기를 만들어 주는 에어컴프레샤(Air compressor)의 선정이 중요하지만, 유압에서는 유체의 압력과 유량을 만들어주는 유압유니트의 선정이 중요하다.

2-유압실린더 용량계산.xlsx

위의 첨부 파일은 유압실린더 용량 계산기이다.

에어 실린더와 비슷하게 생겼지만, 다른 점은 펌프 효율과 모터 용량 부분이 추가 되었다.

이 또한 빨간 글씨 부분의 실린더의 spec.과 메이커, 모델명 등의 기본적인 것만 수정이 가능하다.

 실린더의 spec.은 실린더 카다로그의 내용을 넣으면된다. 그리고 펌프의 효율은 펌프spec.를 넣으면 계산이 된다.

유압은 높은 압력을 사용하기 때문에 아무래도 출력 부분의 계산이 공압실린더 보다 많이 높다.

유압 실린더에서 주의 할 점은 이 계산서에서 모터 용량을 계산하였지만, 실제로 사용 할 유압유니트에서 펌프의 토출 유량과 반드시 비교하여야 한다.

또한 공압 실린더 용량 계산기와 마찬가지로 단위에 항상 조심하여 계산하여야 한다.

기계 중에 직선 운동에 많이 쓰이는 것이 공압 실린더다.

설계의 간편함도 있지만, 가격적인 면에서 볼스크류에 모터를 연결하여 설계하는 것보다 많이 저렴하다. 물론 정밀한 위치를 반복하여 왕복하거나, 사용자가 원하는 위치에 정확히 가야 한다면 서보모터를 사용하는 것이 맞다.

우선 거의 대부분의 공압 실린더는 +1mm의 Stroke 오차가 있다고 한다. 물론 이부분은 Stopper등의 기구적인 부분으로 해결해야 할 듯 하다.

공압실린더 선정 할 때 중요한 부분은 아마도 용량일 것이다.

실린더가 밀어내는 힘, 당기는 힘, 공기 소비량 등의 부분을 알아야 실린더의 크기나, 에어컴프레샤의 용량을 정할 수 있을 것이다.

첨부파일의 "1-에어실린더 용량계산"은 설계하면서 필요에 의해 직접 만든 계산기이다.
SMC공압의 카다로그와 설계계산 책자 등에서 필요한 부분만 골라서 만들었다. 이것을 필두로 나는 많은 계산기들을 만들어 가고 있다. 하나의 취미생활이자 공부인 샘이다.

1-에어실린더 용량계산.xlsx

계산기 일부의 내용이다. 설계치 입력 부분과 회사 로고 부분, 기타입력 부분을 제외한 나머지 부분은 시트를 잠갔다.
빨간 숫자 부분을 입력하면 출력과 공기 소비량이 구해진다.
단위에 항상 유의해야 하며 mm가 아닌 cm이다. 나도 가끔 실수로 잘 못 입력하여 말도 안되는 용량이 나오기도 한다. 더 깔끔하게해서 만들고 싶지만, 여기에 더 많은 시간을 투자하기에는 아깝기도 하다.

끝으로 공압실린더를 설계 할 때 초보자가 놓치는 부분이 로드의 강성이다.
공압실린더의 로드는 생각보다 약하다. 설계상에는 충분한 출력이지만 막상 사용하면 로드축이 부러지는 경우가 있다. 이는 축방향으로 정확히 일자로 왕복운동한다면 문제가 없지만 그렇지 않은 경우에는 실린더 로드의 강성도 고려하여 설계하여야 한다.