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문제 정의
- 이 절에서는 Fig. 1(c)와 같은 단일 편심 회전축 모델을 통해 이와 같은 편심 질량의 효과를 검토하고자 하였다.
- 위에서는 고속프레스 작동 조건에서 부품의 탄성 변형이 발생할 때 프레스의 설계 정밀도가 어떻게 변하는지를 살펴보았다. 여기서는 부품의 탄성 변형이 발생할 때 부품내 응력 분포가 어떻게 변하는지를 평가하였다.
- 위에서는 고속프레스 작동 조건에서 부품의 탄성 변형이 발생할 때 프레스의 설계 정밀도가 어떻게 변하는지를 살펴보았다. 여기서는 부품의 탄성 변형이 발생할 때 부품내 응력 분포가 어떻게 변하는지를 평가하였다.
- 이번 연구는 상용화를 목표로 개발된 고속프레스(최고속도 2500 spm)의 설계 단계에서 수행되었다. 이 단계에서 프레스를 구성하는 부품의 동적 탄성 변형이 프레스의 설계 정밀도에 미치는 영향에 대해 고찰하였다. 최근 들어 동역학 해석에서 탄성변형을 고려하는 연계 해석이 부품 설계 과정에 점차 활용되고 있는데,(8~14) 2500 spm 까지의 작동 속도를 목표로 하는 고속프레스의 크랭크 기구와 너클 기구 부품의 설계 과정에 이러한 연계 해석을 적용하였다.
- 해석 결과는 실제 고속프레스 제품을 대상으로 한 작동 시험 결과와 비교하였다. 이를 통해 강체 가정 기반의 기존 동역학 해석의 문제점을 파악하고, 고속프레스의 정밀 설계를 위한 동역학-탄성변형 연계 해석의 필요성을 고찰하였다.
가설 설정
- 1(b)에 나타낸 것과 같은 실제의 크랭크축 형상 설계에서는 각각의 편심 부위와 양쪽의 멤버 구조물들을 모두 결합하고 분석할 필요가 있지만, 본 연구에서는 편의상 Fig. 1(c)에 보인 것과 같이 하나의 편심만을 갖는 단순화된 편심 축 모델을 가정하고 크랭크축의 변형을 고찰하였다. Fig.
- Fig. 1(a)의 프레스 구동 모듈에서 부품이 받는 응력에 대한 예측이 중요한 부품으로 Link 3, 커넥팅 로드, Link 4 를 선정하고(Fig. 10) 이 부품들을 유연체 모델로 가정한 해석을 수행하였다. 해석 편의상 크랭크축을 제외한 다른 부품들은 강체 모델로 가정하였다.
- 78 kg 이 된다. 앞 절에서 설명한 것처럼 주로 길이 방향하중을 받는 조건에서 커넥팅 로드의 인장 변형량은 크랭크축의 굽힘에 의한 처짐량에 비해 상대적으로 무시 가능하다고 가정하여 커넥팅 로드를 강체 모델로 가정하였다. 커넥팅 로드와 결합되는 핀은 길이 219.
- 여기서는 간단한 크랭크축 모델을 대상으로 계산하였고 편의상 축의 단면적이나 물성치가 축 길이를 따라 일정한 것으로 가정하였다. 그러나 실제 경우라면 축의 단면적이나 단면 형상이 축 길이에 따라 변할 수 있고 이렇게 되면 단면계수 값이 일정하지 않아서 위에서 보인 것처럼 축의 처짐을 수식으로 간단히 유도하는 것이 쉽지 않다.
- 이번 연구에서는 고속프레스로 개발 중인 크랭크 프레스의 핵심 부품인 크랭크축을 유연체 모델로 가정하고 동역학 해석을 수행하였다. 그 결과 프레스 작동 속도가 증가할수록 프레스 슬라이드의 수직방향 최고 속도는 점점 증가하였고, 스트로크 오차 역시 점점 증가하여 2000 spm 에서는그 값이 243 ㎛로 나타났다.
- 5㎜, 편심부 축방향 길이 100 ㎜의 편심 질량 1 개가 부착되어 있는 셈이다. 축 재료에 강재(Steel)를 적용하면 크랭크축의 전체 질량은 26.79 kg, 축 탄성계수는 205000 MPa 로 가정할 수 있다. 유한요소해석을 위해 크랭크축을 2067 개의 육면체 요소로 모델링 하였다.
- 38 kg 이 된다. 핀의 경우에도 커넥팅 로드와 마찬가지로 강체 모델로 가정하였다.
- 10) 이 부품들을 유연체 모델로 가정한 해석을 수행하였다. 해석 편의상 크랭크축을 제외한 다른 부품들은 강체 모델로 가정하였다. 크랭크축의 회전속도는 2500 spm 이었으며 0.
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