기계적 연결은 힘의 유형을 다른 힘으로 변환할 수 있을 뿐만 아니라 방향을 다른 방향이나 움직임으로 변환하는 기능도 있습니다. 이번 글에서는 링크 및 레버 시스템에서 알아야 할 6가지 기본 동작 관련해서 살펴보도록 하겠습니다.
Ⅰ. 링크 및 레버 개요
두 개 이상의 레버가 상호 연결되면 연결 장치가 형성됩니다.
연결 장치는 레버 사이에서 움직임과 힘을 전달하는 메커니즘으로 레버를 함께 결합함으로써 다양한 속성과 용도로 다양한 연결을 만들 수 있습니다.
단순 연결은 레버를 함께 결합하여 생성할 수 있는 연결 유형 중 하나이고, 이러한 연결 장치는 운동 방향과 적용되는 힘의 양을 변경하도록 설계되었습니다.
예를 들어 두 개의 레버를 피벗 포인트에 연결하면 기본 가위 메커니즘을 만들 수 있습니다.
두 개의 레버를 함께 누르면 모션이 피봇 포인트로 전달되어 가위 날이 반대 방향으로 움직이는데 이 간단한 연결을 통해 우리는 한 방향으로 힘을 가하고 이를 다른 운동 방향으로 변환할 수 있습니다.
적용되는 힘의 양을 늘리거나 줄이도록 다른 유형의 연결 장치를 설계할 수 있습니다.
연결 장치의 레버 길이와 위치를 변경하여 시스템의 기계적 장점을 제어할 수 있는데 이는 가위와 같은 간단한 기계부터 제조 및 엔지니어링에 사용되는 복잡한 기계에 이르기까지 광범위한 응용 분야에서 유용할 수 있습니다.
Ⅱ. 링크 및 레버 시스템에서 알아야 할 6가지 기본 동작
1. 리버스 모션 링크
역방향 운동이란 출력 요소가 입력 요소와 반대 방향으로 움직이는 것을 말합니다. 이는 입력 요소와 출력 요소가 운동 방향을 변경하는 연결 장치로 연결될 때 발생합니다.
예를 들어, 운동 방향을 바꾸는 연결 장치에 연결된 간단한 레버를 생각해 보세요.
레버를 아래로 누르면 링크가 출력 요소에 모션을 전달하여 반대 방향으로 이동하게 되며, 이는 출력 요소가 입력 요소와 반대 방향으로 이동하기 때문에 역방향 동작입니다.
역방향 모션은 입력과 다른 방향으로 모션과 힘을 전달해야 하는 많은 응용 분야에서 유용할 수 있습니다.
평행 운동과 크랭크 운동을 포함하여 다양한 유형의 역 운동을 생성하도록 링크를 설계할 수 있습니다.
평행 운동 연결은 출력 요소를 입력 요소와 평행하게 유지하는 반면, 크랭크 운동 연결은 회전 운동을 선형 운동으로 변환합니다.
기계 및 기계 시스템을 설계하고 엔지니어링하려면 역방향 동작과 연결을 사용하여 역방향 동작을 생성하는 방법을 이해하는 것이 중요합니다.
연결 장치를 사용하여 움직임과 힘의 방향과 양을 제어함으로써 우리는 다양한 요구 사항과 응용 분야를 충족하는 효율적이고 효과적인 기계를 만들 수 있습니다.
2. 평행 운동 또는 밀기/당기기 연결
푸시-풀 링키지라고도 알려진 병렬 모션 링키지는 입력 요소와 출력 요소 사이의 일정한 거리를 유지하도록 설계된 기계적 연결 유형으로, 이는 입력 요소가 이동하면 출력 요소가 입력 요소와 평행을 유지하면서 반대 방향으로 이동함을 의미합니다.
푸시-풀 링키지는 방향 변경 없이 선형 모션을 전송해야 하는 응용 분야에서 자주 사용됩니다.
이에 대한 일반적인 예는 머리 위 문이나 게이트의 작동인데, 도어 또는 게이트를 모터에 연결하는 데 푸시풀 링키지를 사용하여 모터가 활성화되면 도어 또는 게이트가 기울거나 회전하지 않고 직선으로 이동합니다.
푸시-풀 링키지는 레버, 벨 크랭크, 로드 등 다양한 메커니즘을 사용하여 설계할 수 있습니다.
일반적으로 이러한 연결은 균형 잡힌 레이아웃으로 설계될 때 가장 효과적입니다.
즉, 입력 및 출력 요소가 연결의 피벗점에서 동일한 간격으로 떨어져 있음을 의미하고, 이는 출력 동작이 부드러우며 일관된 동작을 하는 데 도움이 됩니다.
전반적으로 푸시-풀 또는 병렬 모션 연결은 광범위한 응용 분야에서 선형 모션을 생성해야 하는 엔지니어와 설계자에게 중요한 도구입니다.
설계 및 제조가 상대적으로 간단하며 다양한 요구 사항과 요구 사항을 충족하도록 조정할 수 있습니다.
3. 벨 크랭크 연결
벨 크랭크 링크는 모퉁이나 장애물 주변의 움직임과 힘을 전달하는 데 사용되는 일종의 기계적 링크입니다.
이는 피벗 지점에 연결된 두 개의 팔로 구성되며, 한 팔은 입력 요소로 사용되고 다른 팔은 출력 요소로 사용되는데, 피벗 지점은 연결 장치가 우회해야 하는 장애물의 모서리에 위치하는 경우가 많습니다.
벨 크랭크 링키지는 공간이 제한되어 있거나 모션이 장애물 주위로 전달되어야 하는 기계 및 기계 시스템에 일반적으로 사용됩니다.
이는 입력 및 출력 요소가 서로 다른 방향으로 향해야 하는 애플리케이션에 특히 유용합니다.
벨 크랭크 연결의 대표적인 예는 자동차의 조향 시스템입니다.
스티어링 컬럼은 벨 크랭크에 연결된 수평 샤프트를 회전시키고, 이 샤프트는 코너 주변의 동작을 앞바퀴의 스티어링 암에 연결된 다른 벨 크랭크로 전달합니다.
이를 통해 스티어링 칼럼의 움직임에 따라 바퀴가 왼쪽이나 오른쪽으로 회전할 수 있습니다.
벨 크랭크 연결 장치는 다양한 요구 사항과 요구 사항을 충족하기 위해 다양한 모양과 크기로 설계할 수 있습니다.
짧은 거리 또는 여러 개의 피봇 포인트를 사용하여 장거리에 걸쳐 운동과 힘을 전달하는 데 사용할 수 있습니다.
4. 크랭크 및 슬라이더 연결
크랭크 및 슬라이더 연결 장치는 회전 운동을 왕복 직선 운동으로 변환하는 데 사용되는 일종의 기계적 연결 장치로 링크는 회전 레버인 크랭크와 앞뒤로 직선으로 움직이는 블록인 슬라이더로 구성됩니다.
크랭크와 슬라이더 연결은 커넥팅로드를 사용하여 크랭크를 슬라이더에 연결하여 작동하는데크랭크가 회전하면서 커넥팅 로드를 밀고 당기면 슬라이더가 직선으로 앞뒤로 움직입니다.
크랭크 및 슬라이더 연결 장치는 왕복 운동이 필요한 기계 및 기계 시스템에 일반적으로 사용됩니다.
크랭크와 슬라이더 연결의 대표적인 예는 자동차 엔진입니다.
엔진의 피스톤은 커넥팅로드로 크랭크샤프트에 연결되어 있으며, 커넥팅로드는 크랭크샤프트의 회전 운동을 피스톤의 왕복 운동으로 변환합니다.
크랭크 및 슬라이더 연결 장치는 펌프, 압축기 및 산업 기계와 같은 다양한 다른 응용 분야에도 사용할 수 있습니다.
다양한 스트로크 길이, 속도 및 힘 출력을 달성하기 위해 다양한 크랭크 및 슬라이더 구성으로 설계할 수 있습니다.
전반적으로 크랭크와 슬라이더 연결은 회전 운동에서 선형 운동을 생성해야 하는 엔지니어와 설계자에게 중요한 도구입니다.
커넥팅 로드를 사용하여 크랭크를 슬라이더에 연결함으로써 회전 운동을 왕복 직선 운동으로 효율적으로 변환할 수 있습니다.
5. 발판 연결
발판 연결 장치는 발판 또는 발 페달의 선형 운동을 회전 또는 왕복 운동과 같은 다른 유형의 운동으로 변환하는 데 사용되는 일종의 기계적 연결 장치인데 이때, 링크는 발판의 움직임을 출력 요소로 전달하는 일련의 레버와 피벗으로 구성됩니다.
발판 연결 장치는 일반적으로 재봉틀, 직기 및 발의 힘을 사용하여 기계를 작동하는 기타 유형의 기계와 같은 다양한 응용 분야에 사용됩니다.
발판 연결 장치의 기본 원리는 발 페달을 밟으면 커넥팅로드나 기타 유형의 입력 요소를 아래로 밀어내는 것입니다.
그 후 이 입력 요소는 동작을 일련의 레버와 피벗으로 전송하여 페달의 선형 동작을 다른 유형의 동작으로 변환합니다.
페달 연결에 있어 대표적인 예로는 재봉틀을 들 수 있습니다.
사용자가 풋 페달을 밟으면 커넥팅로드가 앞뒤로 움직이고, 이 커넥팅로드는 레버에 연결되어 회전축으로 운동을 전달합니다.
그런 다음 회전 샤프트가 바늘을 위아래로 구동하여 작업자가 천을 함께 재봉할 수 있도록 합니다.
발판 연결 장치는 다양한 구성으로 설계되어 여러 유형의 동작 및 힘 출력을 생성할 수 있습니다.
또한 입력 동작과 출력 동작의 비율을 다르게 설계하여 작업자가 출력 동작의 속도와 강도를 제어할 수 있습니다.
6. 연결 각도
레버를 사용할 때는 레버 암 사이의 각도와 가해지는 힘의 방향, 지지점의 위치를 이해하는 것이 중요합니다. 레버 암과 가해지는 힘의 방향 사이의 각도는 기계적 이점 각도로 알려져 있으며 레버 시스템의 효율성과 효율성에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다.
일반적으로 레버 시스템의 기계적 장점은 지지점 양쪽의 레버 암 길이 비율에 따라 결정됩니다. 레버 암이 길수록 더 큰 기계적 이점을 제공하므로 동일한 양의 작업을 달성하는 데 더 작은 힘을 사용할 수 있습니다. 그러나 기계적 이점 각도도 레버 시스템의 효율성에 중요한 역할을 합니다.
기계적 이점 각도가 너무 작으면 레버 시스템이 작용하는 저항을 극복할 만큼 충분한 힘을 생성하지 못할 수 있습니다. 이로 인해 레버 시스템이 비효율적이거나 비효율적이 될 수 있습니다. 반면, 기계적 이점 각도가 너무 크면 레버 시스템에 필요한 것보다 더 큰 힘 입력이 필요할 수 있어 에너지와 노력이 낭비될 수 있습니다.
각 레버 배열의 각도를 이해하면 엔지니어와 설계자는 레버 시스템의 기계적 이점을 최적화하여 효율성과 효과를 극대화할 수 있습니다. 지지대의 위치와 레버 암의 길이를 신중하게 선택함으로써 응용 분야의 특정 요구 사항과 요구 사항에 맞는 레버 시스템을 설계할 수 있습니다. 이는 작업을 수행하는 데 필요한 힘의 양을 줄이고 에너지를 보존하며 전반적인 성능을 향상시키는 데 도움이 될 수 있습니다.
위 이미지에서 상단 각도는 30°이므로 하단의 대체 내부 각도도 30°입니다.
아래 다이어그램에서 평행 연결에 대한 각도 A, B 및 C를 계산할 수 있습니다.
- 위의 각도 A = 115도이며 Z 각도에서 115도와 일치합니다.
- A와 B는 모두 수평선 위에 있으므로 115도 + B = 180도입니다.
- B와 C는 Z 각도에서 일치하므로 B와 C는 모두 65도입니다.