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문제 정의
- 본 논문에서는 수상 자전거 동력전달장치의 기계적 문제를 해결할 목적으로, 상하부 기어박스를 설계하는 일련의 과정을 제시하고, 수중익 수상 자전거를 대상으로 이 방법을 적용하여 동력전달장치를 제작, 구현함으로써 제시한 수상 자전거의 동력전달 장치 설계의 타당성을 검증하고자 한다.
- 본 논문에서는 수상 자전거에 있어서 가장 큰 문제점으로 지적되었던 동력전달장치의 저효율 및 파손과 마모에 대한 문제를 해결하기 위한 설계과정에 대해 소개하였다. 사람의 동력을 프로펠러로 전달하기 위해 기어가 구조적 안정성을 확보하면서도 동력전달이 원활하도록 기어의 종류와 크기를 선정하였으며, 이를 바탕으로 상 ∙ 하부 기어박스를 설계 및 제작하였다.
- 최근 수년간 인력선-솔라보트 축제에 참가하고 있는 충남대 수상 자전거인 Episode를 대상으로 기어박스의 설계 및 제작 과정을 기술하고자 한다. Episode는 2인승 수중익 수상 자전거이며, 그 주요제원은 Table 1에 나타내었다.
가설 설정
- 기어비의 경우 페달에서 체인으로 연결된 상부기어박스는 1 : 3이며, 상부기어박스에서 축으로 연결되고 프로펠러를 구동하는 하부기어박스는 1 : 1이다. 각 기어박스는 기어 크기와 작동하는 위치가 다르고 비교적 먼 거리에 위치하지만 축으로 연결되어 있어서 상부에서 하부기어박스로 동력이 직접 전달되기 때문에 각 기어박스에 같은 동력이 작용한다고 가정하였으며, 동력은 앞서 추정한 제동동력을 사용하였다.
- 각 부품들의 효율은 자료 확보가 용이하지 않아 일반적으로 알려진 값을 사용하였다(Table 2). 여기서 프로펠러 효율은 수상 자전거에서 사용하는 2익 프로펠러의 자료 (Schmidt, 1999; Witt, 1997; Yanagihara, et al., 1994; Schmidt, 1985; Larrabee, 1984)를 참고하여 0.7로 가정하였다. Table 2에는 각 부품들의 동력전달 효율과 이로부터 도출된 전 효율을 나타내었으며, 이를 토대로 제동마력(BHP)를 추정하였다(Table 3).
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