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각종 기구 설계 요구 문제의 결정사항에 따라 부품을 설계하고 조립하여 가상 기구를 구성하는 내용을 다루었으며 또한 그 내용을 따라하도록 하고 나서 설계조건에 맞게 기구가 설계되었는지 검증하는 내용을 비교적 자세하게 다루었다. 즉, PBL(Problem Based Learning) 기법에 의해 각종 기구를 설계하는 과정 및 해결 방법을 충분히 이해하도록 구성하며 구성한 기구 설계의 정확성을 검증하는 방법 등을 제공함으로써 기구 설계의 해결 과정과 정확성을 강조하고자 하였다. 마지막으로 자율 학습 문제를 자기 주도적으로 해결해 보게 함으로써 내용을 완전히 이해했는지에 대한 판단을 하고 부족한 부분을 전문가의 조언을 듣거나 자율문제 답안을 통해 자기 스스로 해결할 수 있도록 하게 함으로써 Flipped Learning의 큰 그림을 바탕에 깔고 구성하고자 하였다.

제Ⅰ단원 기어 기구 설계 제1장 스퍼 기어 기구 15 1.1 문제 15 1.2 부품 준비 16 1.2.1 부품 사양 결정 16 1.2.2 모듈 2의 부품 형상모델링 17 1.2.3 모듈 5의 부품 형상모델링 23 1.3 단순 변속 기구1 설계 26 1.3.1 설계 사양 26 1.3.2 기구 구성 27 1.3.3 기구 모션 시뮬레이션 30 1.4 단순 변속 기구2 설계 34 1.4.1 설계 사양 34 1.4.2 기구 구성 34 1.4.3 기구 모션 시뮬레이션 36 1.5 단순 변속 기구3 설계 40 1.5.1 설계 사양 40 1.5.2 기구 구성 40 1.5.3 기구 모션 시뮬레이션 42 1.6 단순 변속 기구4 설계 46 1.6.1 설계 사양 46 1.6.2 기구 구성 47 1.6.3 기구 모션 시뮬레이션 49 1.7 자율 평가 문제 53 자율 평가 결과 점검표 54 제2장 베벨 기어 기구 55 2.1 문제 55 2.2 부품 준비 56 2.2.1 부품 사양 결정 56 2.2.2 큰 기어 부품 형상모델링 58 2.2.3 작은 기어 부품 형상모델링 68 2.3 감속비 2의 베벨기어 기구 설계 70 2.3.1 설계 사양 70 2.3.2 기구 구성 71 2.3.3 기구 모션 시뮬레이션 73 2.4 감속비 1.8의 베벨기어 기구 설계 74 2.4.1 설계 사양 74 2.4.2 기구 구성 75 2.4.3 기구 모션 시뮬레이션 77 2.5... 감속비 1.6의 베벨기어 기구 설계 78 2.5.1 설계 사양 78 2.5.2 기구 구성 79 2.5.3 기구 모션 시뮬레이션 81 2.6 자율 평가 문제 83 자율 평가 결과 점검표 84 제3장 랙과 피니언 기구 85 3.1 문제 85 3.2 부품 준비 86 3.2.1 부품 사양 결정 86 3.2.2 부품 형상모델링 87 3.3 크랭크 1회전당 100㎜ 직선 이동 기구 설계 88 3.3.1 설계 사양 88 3.3.2 기구 구성 89 3.3.3 기구 모션 시뮬레이션 91 3.4 크랭크 1회전당 150㎜ 직선 이동 기구 설계 94 3.4.1 설계 사양 94 3.4.2 기구 구성 94 3.4.3 기구 모션 시뮬레이션 97 3.5 크랭크 1회전당 200㎜ 직선 이동 기구 설계 99 3.5.1 설계 사양 99 3.5.2 기구 구성 100 3.5.3 구동 시뮬레이션 102 3.6 자율 평가 문제 105 자율 평가 결과 점검표 106 제4장 중심 고정 기어 트레인 기구 107 4.1 단순 3트레인 기어 기구 설계 107 4.1.1 문제 107 4.1.2 부품 준비 108 4.1.3 기구 구성 111 4.1.4 기구 모션 시뮬레이션 114 4.2 복합 기어 트레인 기구 설계 117 4.2.1 문제 117 4.2.2 부품 준비 117 4.2.3 기구 구성 121 4.2.4 기구 모션 시뮬레이션 127 4.3 자율평가 문제 131 자율 평가 결과 점검표 132 제5장 유성 기어 트레인 기구 133 5.1 문제 133 5.2 부품 준비 134 5.2.1 부품 사양 결정 134 5.2.2 부품 형상모델링 138 5.3 감속비 3.12 기구 설계 152 5.3.1 기구 구성 152 5.3.2 기구 모션 시뮬레이션 155 5.4 감속비 5.1 기구 설계 159 5.4.1 기구 구성 159 5.4.2 기구 모션 시뮬레이션 162 5.5 감속비 9 기구 설계 166 5.5.1 기구 구성 166 5.5.2 기구 모션 시뮬레이션 169 5.6 감속비 45 기구 설계 172 5.6.1 부품 사양 변경 172 5.6.2 기구 구성 174 5.6.3 기구 모션 시뮬레이션 174 5.7 자율 평가 문제 179 자율 평가 결과 점검표 180 제Ⅱ단원 링크 기구 설계 제1장 4절 링크 기구 183 1.1 문제 183 1.2 부품 준비 184 1.2.1 부품 사양 결정 184 1.2.2 부품 형상모델링 190 1.3 레버 크랭크 기구 설계 192 1.3.1 기구 구성 192 1.3.2 기구 모션 시뮬레이션 195 1.4 양 크랭크 기구 설계 200 1.4.1 기구 구성 200 1.4.2 기구 모션 시뮬레이션 201 1.5 양 레버 기구 설계 203 1.5.1 기구 구성 203 1.5.2 기구 모션 시뮬레이션 204 1.6 자율 평가 문제 207 자율 평가 결과 점검표 208 제2장 슬라이더 크랭크 기구 209 2.1 문제 209 2.2 부품 준비 209 2.2.1 부품 사양 결정 209 2.2.2 부품 형상모델링 213 2.3 왕복 슬라이더 크랭크 기구 설계 214 2.3.1 기구 구성 214 2.3.2 기구 모션 시뮬레이션 218 2.4 회전 슬라이더 크랭크 기구 설계 222 2.4.1 이론적 고찰 222 2.4.2 기구 구성 223 2.4.3 기구 모션 시뮬레이션 227 2.5 요동 슬라이더 크랭크 기구 설계 232 2.5.1 이론적 고찰 232 2.5.2 기구 구성 233 2.5.3 기구 모션 시뮬레이션 236 2.6 자율 평가 문제 241 자율 평가 결과 점검표 242 제3장 2중 크랭크-레버 기구 243 3.1 문제 243 3.2 부품 준비 243 3.2.1 부품 사양 결정 243 3.2.2 부품 형상모델링 245 3.3 기구 구성 248 3.3.1 부품 조립 248 3.3.2 초기 위치 설정 254 3.3.3 기구 저장하기 254 3.4 기구 모션 시뮬레이션 255 3.4.1 모션 조건 설정 255 3.4.2 시뮬레이션 결과 256 3.4.3 결과 고찰 257 3.4.4 동영상 저장하기 258 3.5 자율 평가 문제 259 자율 평가 결과 점검표 260 제4장 왕복 양 슬라이더 크랭크 기구 261 4.1 문제 261 4.2 부품 준비 261 4.2.1 부품 사양 결정 261 4.2.2 부품 형상모델링 262 4.3 기구 구성 264 4.3.1 부품 조립 264 4.3.2 기구 저장하기 266 4.4 기구 모션 시뮬레이션 267 4.4.1 모션 조건 설정 267 4.4.2 시뮬레이션 결과 268 4.4.3 결과 고찰 271 4.4.4 동영상 저장하기 271 4.5 자율 평가 문제 272 자율 평가 결과 점검표 273 제5장 고정 양 슬라이더 기구 274 5.1 문제 274 5.2 부품 준비 274 5.2.1 부품 사양 결정 274 5.2.2 부품 형상모델링 275 5.3 기구 구성 277 5.3.1 부품 조립 277 5.3.2 기구 저장하기 279 5.4 기구 모션 시뮬레이션 279 5.4.1 모션 조건 설정 279 5.4.2 시뮬레이션 결과 280 5.4.3 결과 고찰 281 5.4.4 동영상 저장하기 281 5.5 자율평가 문제 282 자율 평가 결과 점검표 283 제Ⅲ단원 캠 기구 설계 제1장 변위 선도에 의한 캠 설계 287 1.1 문제 287 1.2 등감가속도 운동 변위 선도에 의한 캠 설계 287 1.2.1 부품 사양 결정 287 1.2.2 부품 형상모델링 290 1.2.3 캠 설계 기구 구성 292 1.2.4 설계 캠 생성 294 1.2.5 설계 캠 기구 시뮬레이션 298 1.3 단순조화 운동 변위 선도에 의한 캠 설계 301 1.3.1 부품 사양 결정 301 1.3.2 부품 형상모델링 303 1.3.3 기구 구성 303 1.3.4 설계 캠 생성 303 1.3.5 설계 캠 기구 시뮬레이션 305 1.4 사이클로이드 운동 변위 선도에 의한 캠 설계 307 1.4.1 부품 사양 결정 307 1.4.2 부품 형상모델링 309 1.4.3 기구 구성 309 1.4.4 설계 캠 생성 310 1.4.5 설계 캠 기구 시뮬레이션 311 1.5 캠의 속도에 대한 비교 고찰 314 1.5.1 저속에 대한 비교 고찰 314 1.5.2 고속에 대한 비교 고찰 318 1.5.3 종합 비교 고찰 321 1.6 자율 평가 문제 322 자율 평가 결과 점검표 323 제2장 원판 캠 기구 324 2.1 문제 324 2.2 부품 준비 324 2.2.1 부품 사양 결정 324 2.2.2 부품 형상모델링 326 2.3 한 방향 기구 설계 329 2.3.1 기구 구성 329 2.3.2 기구 모션 시뮬레이션 331 2.4 양 방향 기구 설계 334 2.4.1 기구 구성 334 2.4.2 기구 모션 시뮬레이션 335 2.5 자율 평가 문제 338 자율 평가 결과 점검표 339 제3장 삼각 캠 기구 340 3.1 문제 340 3.2 부품 준비 341 3.2.1 부품 사양 결정 341 3.2.2 부품 형상모델링 342 3.3 기구 구성 344 3.3.1 부품 조립 344 3.3.2 저장하기 347 3.4 기구 모션 시뮬레이션 347 3.4.1 모션 조건 설정 347 3.4.2 시뮬레이션 결과 349 3.5 자율 평가 문제 351 자율 평가 결과 점검표 352 제4장 정면 캠 기구 353 4.1 문제 353 4.2 부품 준비 354 4.2.1 부품 사양 결정 354 4.2.2 부품 형상모델링 355 4.3 기구 구성 357 4.3.1 부품 조립 357 4.3.2 저장하기 358 4.4 기구 모션 시뮬레이션 359 4.4.1 모션 조건 설정 359 4.4.2 시뮬레이션 결과 360 4.4.3 결과 고찰 361 4.4.4 동영상 저장하기 361 4.4 자율 평가 문제 362 자율 평가 결과 점검표 363 제5장 역 캠 기구 364 5.1 문제 364 5.2 부품 준비 365 5.2.1 부품 사양 결정 365 5.2.2 부품 형상모델링 365 5.3 기구 구성 367 5.3.1 부품 조립 367 5.3.2 저장하기 368 5.4 기구 모션 시뮬레이션 368 5.4.1 모션 조건 설정 368 5.4.2 시뮬레이션 결과 370 5.4.3 결과 고찰 371 5.4.4 동영상 저장하기 371 5.5 자율 평가 문제 372 자율 평가 결과 점검표 373 제6장 원통 캠 기구 374 6.1 문제 374 6.2 부품 준비 375 6.2.1 부품 사양 결정 375 6.2.2 부품 형상모델링 376 6.3 기구 구성 378 6.3.1 부품 조립 378 6.3.2 저장하기 380 6.4 기구 모션 시뮬레이션 381 6.4.1 모션 조건 설정 381 6.4.2 시뮬레이션 결과 382 6.4.3 결과 고찰 383 6.4.4 동영상 저장하기 383 6.5 자율 평가 문제 384 자율 평가 결과 점검표 385 제7장 단면 캠 기구 386 7.1 문제 386 7.2 부품 준비 387 7.2.1 부품 사양 결정 387 7.2.2 부품 형상모델링 388 7.3 기구 구성 390 7.3.1 부품 조립 390 7.3.2 저장하기 392 7.4 기구 모션 시뮬레이션 392 7.4.1 모션 조건 설정 392 7.4.2 시뮬레이션 결과 394 7.4.3 결과 고찰 395 7.4.4 동영상 저장하기 395 7.5 자율 평가 문제 396 자율 평가 결과 점검표 397 제Ⅳ단원 특수 운동 기구 설계 제1장 링크 평행 운동 기구 401 1.1 Hart's parallel 기구 401 1.1.1 문제 401 1.1.2 부품 준비 402 1.1.3 기구 구성 405 1.1.4 기구 모션 시뮬레이션 409 1.2 Bricard's parallel 기구 413 1.2.1 문제 413 1.2.2 부품 준비 414 1.2.3 기구 구성 418 1.2.4 기구 모션 시뮬레이션 423 1.3 Hiscox's parallel 기구 425 1.3.1 문제 425 1.3.2 부품 준비 426 1.3.3 기구 구성 431 1.3.4 기구 모션 시뮬레이션 437 1.4 자율평가 문제 440 자율 평가 결과 점검표 442 제2장 기어에 의한 평행 운동 기구 443 2.1 문제 443 2.2 외접 기어 트레인에 의한 평행 운동 기구 설계 444 2.2.1 부품 준비 444 2.2.2 기구 구성 447 2.2.3 기구 모션 시뮬레이션 451 2.3 내접 기어 장치에 의한 평행 운동 기구 설계 455 2.3.1 부품 준비 455 2.3.2 기구 구성 457 2.3.3 기구 모션 시뮬레이션 460 2.4 자율평가 문제 463 자율 평가 결과 점검표 464 제3장 제네바 기구 465 3.1 문제 465 3.2 부품 준비 466 3.2.1 이론적 고찰 466 3.2.2 부품 사양 결정 468 3.2.3 부품 형상모델링 469 3.3 기구 구성 471 3.3.1 부품 조립 471 3.3.2 기구 저장하기 472 3.4 기구 모션 시뮬레이션 472 3.4.1 모션 조건 설정 472 3.4.2 시뮬레이션 결과 473 3.4.3 결과 고찰 474 3.4.4 동영상 저장하기 474 3.5 자율평가 문제 475 자율 평가 결과 점검표 476 제4장 조인트 기구 476 4.1 유니버셜 조인트 기구 477 4.1.1 문제 477 4.1.2 부품 준비 478 4.1.3 기구 구성 479 4.1.4 기구 모션 시뮬레이션 482 4.2 볼 소켓 조인트 기구 486 4.2.1 문제 486 4.2.2 부품 준비 487 4.2.3 기구 구성 488 4.2.4 기구 모션 시뮬레이션 489 4.3 자율평가 문제 492 자율 평가 결과 점검표 493 제5장 평 벨트 풀리 기구 494 5.1 문제 494 5.2 부품 준비 495 5.3 기구 구성 498 5.4 기구 모션 시뮬레이션 501 5.4.1 모션 조건 설정 501 5.4.2 시뮬레이션 결과 502 5.4.3 결과 고찰 502 5.4.4 동영상 저장하기 503 5.5 자율평가 문제 504 자율 평가 결과 점검표 505 제6장 좌표형 운동변환 기구 506 6.1 3축의 직교 좌표형 운동변환 기구 설계 506 6.1.1 문제 506 6.1.2 부품 준비 507 6.1.3 기구 구성 510 6.1.4 기구 모션 시뮬레이션 512 6.2 2축의 원통 좌표형 운동변환 기구 515 6.2.1 문제 515 6.2.2 부품 준비 516 6.2.3 기구 구성 519 6.2.4 기구 모션 시뮬레이션 520 6.3 3축의 관절형 운동 변환 기구 525 6.3.1 문제 525 6.3.2 부품 준비 525 6.3.3 기구 구성 529 6.3.4 기구 모션 시뮬레이션 531 6.4 자율평가 문제 535 자율 평가 결과 점검표 536 제Ⅴ단원 메카트로닉스용 기구 설계 제1장 랙과 피니언 응용 평행 개폐형 로봇 핸드 539 1.1 문제 539 1.2 부품 준비 540 1.2.1 기구 사양 540 1.2.2 부품 형상모델링 542 1.3 기구 구성 548 1.3.1 부품 조립 548 1.3.2 저장하기 556 1.4 기구 모션 시뮬레이션 557 1.4.1 모션 조건 설정 557 1.4.2 시뮬레이션 결과 558 1.4.3 결과 고찰 559 1.4.4 동영상 저장하기 559 제2장 링크 기구 응용 자동차 와이퍼 560 2.1 문제 560 2.2 부품 준비 560 2.2.1 부품 사양 결정 560 2.2.2 부품 형상모델링 565 2.3 기구 구성 572 2.3.1 부분 기구 조립 572 2.3.2 와이퍼 기구 조립 574 2.3.3 저장하기 581 2.4 기구 모션 시뮬레이션 581 2.4.1 모션 조건 설정 582 2.4.2 시뮬레이션 결과 583 2.4.3 결과 고찰 585 2.4.4 동영상 저장하기 586 제3장 캠 기구 응용 스탬프 기구 587 3.1 문제 587 3.2 부품 준비 587 3.2.1 기구 사양 587 3.2.2 부품 형상모델링 588 3.3 기구 구성 592 3.3.1 부품 조립 592 3.3.2 초기 위치 결정과 저장하기 595 3.4 기구 모션 시뮬레이션 595 3.4.1 모션 조건 설정 595 3.4.2 시뮬레이션 결과 597 3.4.3 결과 고찰 598 3.4.4 동영상 저장하기 598 제4장 제네바 기구 응용 간헐 컨베이어 599 4.1 문제 599 4.2 부품 준비 599 4.2.1 기구 사양 599 4.2.2 부품 형상모델링 601 4.3 기구 구성 603 4.3.1 부품 조립 603 4.3.2 저장하기 606 4.4 기구 모션 시뮬레이션 607 4.4.1 모션 조건 설정 607 4.4.2 시뮬레이션 결과 608 4.4.3 결과 고찰 609 4.4.4 동영상 저장하기 609 제5장 직교 좌표 기구에 의한 글자 쓰기 610 5.1 문제 610 5.2 제어 준비 611 5.2.1 제어 사양 결정 611 5.2.2 이론에 근거한 X축과 Y축의 증분 데이터 612 5.2.3 기구의 초기 위치 선정 616 5.3 기구 모션 시뮬레이션 616 5.3.1 모션 조건 설정 616 5.3.2 시뮬레이션 결과 618 5.3.3 동영상 저장하기 619 부록 621 1. 자율 평가 문제 답안 622 2. 유성 기어 감속기에서의 기어 잇수 결정표 656 3. 좌표형 운동 변환 기구 668

5.1 문제 서로 맞물려 회전하는 한 쌍의 기어 가운데 한 쪽 기어가 다른 쪽 기어축을 중심으로 공전한다면 이 때 공전하는 기어를 유성기어(planetary gear)라 하고 중심 기어를 태양 기어(sun gear)라 부른다(그림 1-5-1). 여러분이 기계공학을 전공한 전문가이며 특히 감속기 분야에 대해 전공자라고 하자. 한 자동차 회사에서 4가지 조건을 다음과 같이 제시했다고 하자. (1) 입력축과 출력축을 동심으로 하고 싶다. (2) 기계 전체 배치를 조밀하게 하고 싶다. (3) 입력축과 출력축의 회전방향이 같다. (4) 감속비가 3, 5, 9, 45 네 가지이다. 이와 같은 조건의 감속기를 주문하였다고 할 때 당신은 어떻게 해결할 것인가? 5.2 부품 준비 5.2.1 부품 사양 결정 (1) 요구 조건 ① 입력축과 출력축을 동심으로 하고 싶고 기계 전체 배치를 조밀하게 하고 싶은 경우는 유성 기어와 차동 감속기를 생각할 수 있다. ② 그러나 입력축과 출력축의 회전 방향이 같은 경우는 유성기어의 행성형이 적합하다. (2) 설계 제한 조건 ① 유성 감속기의 유성기어 수는 보통 3 또는 4개를 사용하는데 여기서 행성형 유성 감속기의 유성기어 수는 3개인 것으로 한다. ② 감속비는 기어의 잇수와 관계있으므로 기어 잇수를 결정해야 하는데 기어 잇수 결정 전에 먼저 모듈을 결정해야 한다. 여기서 모듈은 모두 2로 통일하기로 한다. ③ 감속비에서 링기어의 잇수는 중요한 요소가 되므로 이것을 결정해야 한다. 그러나 감속비는 단순히 링기어 잇수만이 아니고 태양기어의 잇수와도 관계가 있으므로 전체적으로 생각해야 한다. 따라서 여기서는 링기어의 피치원 지름을 결정하는 것으로 한다. 링기어의 피치원 지름은 대략 160인 것으로 결정한다. ④ 한편 실제의 유성기어 감속기는 전위 기어를 이용하지만 여기서는 유성기어 감속기의 전위는 없는 것으로 전위계수는 0으로 한다. ⑤ 회전 감속비와 회전방향은 표 1-5-1을 따르며 가능 경우의 수는 모두 6가지이지만 여기서는 표 1-5-1의 강조된 부분의 링 고정 증속 기구와 감속 기구의 두 가지로 한다. … 5.4.2 기구 모션 시뮬레이션 (1) 모션 조건 설정 1) 모터 설정 ① 기어의 구동을 보이기 위해 모델 탭 옆의 모션 스터디 탭을 클릭한다. ② 구동을 위한 모터()를 선택한다. ③ 모터 유형을 원형 모터로 선택한다. ④ 부품/방향에서 모터 위치는 회전 구동을 위해 암 및 태양 기어로 한다. ⑤ 그림 1-5-30과 같이 모터 방향은 모터 위치와 같이 시계방향으로 적용한다. ⑥ 확인을 클릭한다. 2) 모션 설정 ① 모션은 모터 속성 창의 모션 설정에서 한 가지를 선택한다. 여기서는 방정식을 선택하였다. ② 방정식을 선택하고 클릭하면 함수 작성기 창이 나타난다. ③ 함수를 ABS()로 한다. ()안의 변수는 시간과 변위 사이의 관계인 time를 변수로 선택한다. ④ 함수는 ABS()로 하고 암이 5초에 1회 구동하도록 하려면 방정식은 72*ABS(time)로 한다. ⑤ 확인을 클릭한다. 3) 모션 스터디 계산하기 ① 스터디 유형을 모션 해석으로 설정한다. 만일 모션 해석 유형이 없으면 SOLIDWORKS 애드인에서 SOLIDWORKS Motion을 로드한다. ② 모션 스터디 계산하기 아이콘을 클릭하여 설정된 모터의 구동 조건을 계산한다. ③ 계산과 동시에 기구의 구동을 확인한다. (2) 시뮬레이션 결과 1) 암 구동의 시뮬레이션 결과 ① “결과와 플롯” () 버튼을 클릭하여 구동 기어의 경우는 각 변위 그래프의 속성을 입력한다. 여기서 MotionManager 트리의 메이트에서 링 기어 중심축과 태양 기어의 중심축의 일치를 선택한다. ② 암의 1회전(360°) 회전에 대해 태양 기어...

홍준희 [저]

일본 동경대학 정밀기계공학 박사. 전 건양대학교 제어계측공학과 전임강사. 현재 충남대학교 공과대학 기계공학과 교수. 저서로는 '자동화를 위한 메카트로닉스계측공학의 기초메카트로닉스 응용 수치제어공학기계 Pro/ENGINEER에 의한 기계제도' '부품디자인을 위한 SolidWorks 입문' '생산자동화' '알기 쉬운 측정공학' 'Pro/ENGINEER MECHANISM에 의한 가상 동작기구' 'Pro/ENGINEER에 의한 기초 가상 설계'. 역서로는 '초보자를 위한 MATLAB' '메카트로닉스를 위한 제어공학' '계측과 신호처리' '자기베어링의 기초와 응용' '자기센서 이공학' '그림으로 이해하는 메카트로닉스공학'.