[기계공학] 놀이기구를 이용한 지하수 펌프 설계

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2011.03.14 / 2019.12.24
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목차: 목 차

1. 설계 시스템의 필요성
2. 설계 시스템에 대한 설명
3. 설계 시 주요 고려 인자 및 운전/성능 조건
4. 설계 흐름도
5. 업무 분담표
6. 요소별 세부 설계 과정
6.1 시스템 분석
6.2 기어
6.3 축
6.4 베어링
6.5 키
6.6 파이프
6.7 부품도

7. 원가계산
8. 설계 타당성 검토
9. 고찰 및 총평
10. 참고문헌

본문내용: 2) 정적강도 측면
위험 단면에 대하여 최대 전단 변형에너지 이론을 사용해본다.
(SM45C(퀜칭, 템퍼링) 항복응력 49kg/mm2, 안전율 2)
d≥[32S/(πσ_y ) √(M^2+3/4 T^2 )]^(1/3)=[(32×2)/49π √(〖1057750〗^2+3/4 〖345100〗^2 )]^(1/3)=77.025(mm)

3) 동적강도 측면
위험단면에 대하여 충격이 강하지 않다는 가정을 하고 ASME식으로 동적 강도를 점검해본다. (SM45C(퀜칭, 템퍼링) 인장강도 70kg/mm2, 안전율 2)
d≥[32S/π √(〖(M/σ_e )〗^2+3/4 〖(T/σ_y )〗^2 )]^(1/3)=[(32×2)/π √((〖1057750/(0.125×70))〗^2+3/4 〖(345100/49)〗^2 )]^(1/3)=135.099(mm)

4) 비틀림 각도 측면
다음과 같은 값을 가질 때, 바하의 조건을 이용한다.
(1(m)기준)
d≥∜((32×180Tl)/(π^2 Gθ_a ))=∜((32×180×351800×1000)/(π^2×8000×0.25))=100.175(mm)

5) 처짐/휨 측면
놀이기구 축과 마찬가지로 분석을 하면 하단부의 굽힘 모멘트의 영향이 너무 커서 처짐과 휨각도 조건을 만족하기 어려워졌다. 이는 강성을 몇 배 키운 다른 재질을 사용해도, 스크류 날개 폭을 좁혀서 굽힘 모멘트를 줄여도 해결되지 않았다.
재질을 바꾸는 것은 비용을 고려하여 시도하지 않았으며, 하단부 베어링 위치를 좀더 내리고(스크류로부터 200(mm)였는데 50(mm)로), 스크류 날개 폭을 줄여 굽힘모멘트를 줄인 후(597.75(kg*m)에서 날개 반경을50(mm)정도로 낮춰서 200(kg*m)로), 기어 하단부 근처에 베어링을 추가적으로 설치하여 처짐 조건을 만족시킬 수 있었다. 그러나 여전히 하단 베어링에서 휨 각도 조건은8배 정도 초과되었다.
추가적인 고찰을 통해 처음의 계산이 뒤늦게 수정되어 베어링의 추가, 하단부 베어링의 위치조정에 대하여 뒷부분 설계에 반영하지 못했다. 하지만 수정요소는 앞의 설계내용에서 큰 조정을 요구하지 않으므로 크게 다르지는 않을 것으로 보인다. 처짐/휨 분석결과는 아래와 같다.

참고문헌: 10. 참고문헌
10.1 플레이펌프 홈페이지
- http://www.playpumps.org/
10.2 플레이펌프 관련 블로그
- http://hyunju4rang.spaces.live.com/blog/cns!BECAAA38D99A17D2!673.entry
- http://blog.daum.net/kipoworld/1103
10.3 플레이펌프 시행계획서
- Mozambique_report[1].pdf
10.4 헬리컬 로터 펌프
- https://wiki.thayer.dartmouth.edu/display/helpworldwide/Helical+Rotor+Pump
- http://www.lorentzpumps.com/
- http://www.globalsecurity.org/military/library/policy/army/fm/5-484/Ch4.htm
- Lorentz_ps200_en[1].pdf, BERNT LORENTZ GmbH & Co. KG
10.5 축
- http://www.steel-n.com/etrans/jsp/kr/C90041D010.jsp?bbs_id=1016&board_type=R
- http://en.wikipedia.org/wiki/Steel_grades
- http://www.sindoils.com/FaManual025.htm(원가계산)
10.6 베어링
- KS 규격집 기계설계 / 다솔기계설계연구소 / 예문사
- KBC Rolling Bearings / 한화기계㈜ / 한화기계㈜
- http://www.modudamall.com/index.jsp?CATGID=001003#subTypeJ(원가계산)
10.7 기어
- 기계설계 3판 / 송지복 외 7명 / 교보문고
- Machine Design 2 Lecture 14.pdf / Prof. K. Gopinath 외 1명
- http://d.daehogear.kr/data/images/U1214991966.jpg(원가계산)
(홈페이지 참조하여 직접 문의, 02-2266-4285)
10.8 역류방지밸브
- PL-FEBCO.pdf
- PL-F-RP-BPD.pdf
- http://www.guiplastic.co.kr/
- http://www.plumbingsupply.com/backflow.html
10.9 힘
- Fluid Mechanics: Fundamental & Application / Yunus A Cengel / McGraw-HillEducation
- Feedback Control of Dynamic Systems / Gene Franklin 외 2명 / Prentice Hall

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