기계요소의 운동 관계 분류

핵심 정리

기계요소는 톱니바퀴, 링크, 캠, 축, 베어링, 스프링처럼 기계를 이루며 힘과 운동을 전달하거나 바꾸는 부품이다. 기구는 이 요소들을 조합해 입력된 힘과 운동을 원하는 출력 힘과 운동으로 바꾸는 장치이다. 따라서 운동 관계를 분류할 때는 두 부품 사이에서 운동이 어떻게 전달되고 바뀌는지를 살핀다.

운동 관계를 나누는 첫 기준은 두 축이 평행한지 교차하는지다. 이에 따라 평행축 기어와 교차축 기어가 나뉜다. 스퍼 기어는 평행한 두 축 사이에 동력을 전달하는 평행축 기어이다.

회전을 끊어서 전달하는 운동은 간헐 기구가 맡는다. 제네바 기구는 회전 운동을 간헐적 회전 운동으로 바꾸며, 간헐 운동 캠과 같은 기능을 한다. 제네바 기구는 커플러를 구름－미끄럼 조인트로 대체한 4절 링크 장치로 볼 수 있다.

4절 링크에서는 그라스호프 조건을 만족하는지와 최단 링크의 위치가 운동의 종류를 정한다. 링크의 길이 순서와 고정 위치를 함께 살펴야 회전하는 링크와 요동하는 링크를 정확히 구분할 수 있다.

운동 관계를 나누는 기준은 기어와 링크가 서로 다르므로, 한 기구의 기준을 다른 기구에 섞어 쓰지 않는다. 평행축인지 묻는 기준으로 링크의 요동을 판단하면 답이 엇나간다. 선지를 가르려면 기구마다 입력 운동이 출력 운동으로 어떻게 바뀌는지 한 문장으로 설명할 수 있어야 한다.

자세히

간헐 운동을 만드는 제네바 기구

제네바 기구의 회전비는 슬롯 수로 정해진다. 슬롯이 n개인 제네바 기구는 구동 기어가 1회전할 때 피동 기어가 1/n 회전하는 간헐 회전 기구다. 슬롯 수가 달라지면 구동 기어 한 바퀴에 피동 기어가 도는 양도 달라지므로, 문제에서 회전 간격을 물으면 슬롯 수를 먼저 확인한다.

캠도 간헐 운동을 만들 수 있다. 제네바 기구에서는 구동 핀이 슬롯에 맞물리는 동안에만 피동 기어가 움직이므로 회전과 정지가 번갈아 나타난다. 구동 핀이 슬롯에 들어가는 순간과 나오는 순간을 구분하는 것도 이 기구를 이해하는 데 중요하다. 설계할 때는 필요한 회전 간격을 먼저 정한 뒤 슬롯 수를 고르면 된다.