슬라이더 크랭크 기구의 개요
슬라이더 크랭크 기구(Slider Crank Mechanism)는 4절 크랭크 기구(Four-bar Crank Mechanism)에서 변형된 기구입니다. 두 기구 모두 총 4개의 링크와 4개의 짝으로 이루어진다는 점에서 모두 4절 링크 기구의 한 형태지만 짝의 종류에 차이가 있습니다.
4절 크랭크 기구의 경우 회전짝만 4개로 구성됩니다. 링크 4개 모두 이웃하는 링크와 회전짝을 이루고 있습니다.
슬라이더 크랭크 기구의 경우 미끄럼짝 1개와 회전짝 3개로 구성됩니다. 3번 링크(슬라이더)와 4번 링크(가이드)가 면 접촉하면서 상대적으로 미끄럼운동을 하는 미끄럼짝을 이루기 때문에 4절 크랭크 기구와 달리 구조적 특성과 운동 전달 방식에서 차이가 발생합니다.
회전짝은 면 접촉을 하면서 상대적으로 회전운동을 하는 한쌍의 기계요소, 미끄럼짝은 면 접촉을 하면서 상대적으로 미끄럼운동(직선운동)을 하는 한 쌍의 기계요소를 말합니다.
회전짝은 원으로 표시하고 미끄럼짝은 4각형으로 표시합니다.
짝에 대한 자세한 내용은 다음 링크에서 확인해 주세요.
짚신도 짝이 있다~기계요소와 짝(대우 對偶) 이야기
볼트, 너트, 축, 링크, 기어, 캠 등의 공통점은 무엇일까요? 그것은 바로 기계를 구성하고 있는 가장 작은 단위의 부품이라는 것입니다. 이렇게 기계를 구성하고 있는 최소 단위를 기계요소라고
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회전 슬라이더 크랭크 기구의 개요
슬라이더 크랭크 기구는 어떤 링크를 고정 링크로 설정하느냐, 링크 3(슬라이더)이 어떻게 움직이느냐에 따라 구조와 기능이 결정됩니다. 1번 회색 링크를 고정 링크로 사용하고 3번 노란색 링크(슬라이더)가 회전(공전)운동을 할 경우, 회전 슬라이더 크랭크 기구(Turning Slider Crank Mechanism)라고 합니다. 주된 기능은 초록색 링크(크랭크)의 회전운동을 빨간색 링크(가이드)의 회전운동으로 변환하는 것입니다.
회전 슬라이더 크랭크 기구의 구조 및 작동원리
회전 슬라이더 크랭크 기구의 구조는 다음과 같은 요소로 구성됩니다.
1. 회색 프레임(Frame): 초록색 크랭크와 빨간색 가이드를 지지하는 고정 링크
2. 초록색 크랭크(Crank): 회전운동을 하는 링크
3. 노란색 슬라이더(Slider): 빨간색 가이드를 따라 미끄럼운동을 하는 링크
4. 빨간색 가이드 (Guide): 노란색 슬라이더의 미끄럼운동을 안내하는 링크
작동원리는 다음과 같습니다.
회색 프레임에 연결된 초록색 크랭크가 회전하면,
초록색 크랭크의 한 쪽 끝에 연결된 노란색 슬라이더가 초록색 크랭크의 회전축을 중심으로 회전(공전)을 합니다.
노란색 슬라이더는 빨간색 가이드를 따라 미끄러지는 운동을 하면서 빨간색 가이드로 회전운동이 전달됩니다.
회색 프레임에 연결된 빨간색 가이드가 회전운동을 합니다.
회전 슬라이더 크랭크 기구의 응용 분야
1. 급속 귀환 운동기구
공전하는 노란색 슬라이더를 안내하면서 회전하는 빨간색 가이드의 경우, 빨간색 가이드의 회전축과 노란색 슬라이더 사이의 거리에 따라 빨간색 가이드의 회전속도가 달라지는 것을 알 수 있습니다. 노란색 슬라이더가 빨간색 가이드의 회전축에 가까워질수록 더 빠르게 회전하고, 멀어질수록 더 느려지므로 자연스럽게 회전속도의 차이가 발생합니다. 이렇게 회전속도가 변하는 특성은 공작 기계에서 가공 구간과 비가공 구간의 왕복 속도를 다르게 해야 하는 급속 귀환 운동기구에 응용될 수 있습니다.
급속 귀환 운동기구(Rapid Return Mechanism)는 공작기계, 특히 쉐이퍼(shaper)나 슬롯터(slottter)와 같은 왕복운동 기계에서 사용되는 기구로, 가공 시 전진 스트로크는 천천히, 비가공 시 후진(복귀) 스트로크는 빠르게 수행되도록 설계된 장치입니다. 이는 비생산 구간인 복귀 시간을 단축하여 작업 효율을 높이기 위한 목적입니다. 일반적으로 슬라이더 크랭크 기구를 변형하거나, 링크 기구를 활용하여 이 기능을 구현합니다. 급속 귀환 기구는 불균일한 속도 특성을 의도적으로 활용한 대표적인 기구학 응용 사례입니다.
2. 축이음 장치
입력과 출력 모두 회전운동을 하기 때문에 평행한 두 축 사이에서 회전운동을 전달할 수 있습니다. 따라서 두 축을 이어주는 축이음 장치와 같은 역할을 할 수 있습니다.
J 모형 소개
기계공학 기구학 실습용, A부터 Z까지 26종 메커니즘 모형 중 10번째는 J 모형입니다.
◎ 특성
| 구분 | 내용 |
| 이름 (별명) | J |
| No | M23-1b2 |
| 구조 | 슬라이더 크랭크 기구 > 회전 슬라이더 크랭크 기구 |
| 기능 | 회전운동 <--> 회전운동 |
| 부품수 | 11개 |
◎ 특징
● 슬라이더 크랭크 기구의 한 종류인 회전 슬라이더 크랭크(Turning Slider Crank) 기구를 활용한 J 모형입니다.
● 모형의 움직임을 살펴보면, 노란색 슬라이더의 미끄럼운동(직선운동)이 빨간색 링크의 회전운동으로 변환되는 과정에서, 빨간색 링크의 회전속도가 일정 구간에서 급격히 변하며 마치 점프(Jump)하듯 도약하는 모습을 보여줍니다.
● 노란색 슬라이더의 미끄럼운동과 빨간색 링크의 회전운동이 결합되어, 전체 경로가 알파벳 J자를 그리는 듯한 경로를 연상시킵니다.
● 노란색 슬라이더는 검은색 손잡이의 축을 중심으로 회전(공전)하면서, 그 자리에서 일정한 각도로 왕복하는 평면운동을 합니다.
● 초록색 링크(크랭크)가 일정한 속도로 회전운동을 하지만, 빨간색 링크(가이드)는 일정 구간에서 속도가 빠르게 변하는 변속 회전운동을 합니다.
미끄럼운동(Sliding Motion)
미끄럼운동은 하나의 구성 요소(부품)가 다른 부품 위를 직선 경로를 따라 이동하는 운동을 말합니다.
일반적으로 슬라이더(slider)와 가이드(guide) 사이에서 발생합니다.
방향은 고정되어 있고, 회전 없이 직선 방향으로만 움직입니다.
◎ 작동
| 입력 | 출력 | |
| 부품 | 초록생 링크 | 빨간색 링크 |
| 운동 | 1회 시계방향 회전운동 | 1회 시계방향 회전운동 |
① 초록색 링크가 회전운동을 합니다.
② 노란색 슬라이더의 평면운동에 의해 운동이 전달됩니다.
③ 빨간색 링크는 노란색 슬라이더와 서로 미끄럼운동을 하면서 변속 회전운동을 합니다.
◎ 조립 및 작동영상
◎ 관련 모형
K 모형 : 슬라이더가 왕복운동 - 왕복 슬라이더 크랭크 기구
V모형 : 슬라이더가 요동운동 - 요동 슬라이더 크랭크 기구
P 모형 : 슬라이더가 고정됨 - 고정 슬라이더 크랭크 기구
J 모형 : 슬라이더가 회전운동 - 회전 슬라이더 크랭크 기구
G 모형 : 더블 크랭크 기구 - 축이음 장치에 응용
J 모형 : 회전 슬라이더 크랭크 기구 - 축이음 장치에 응용
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