[공학나라] 기계 공학 기술정보

열 수축 튜브 (Heat-shrink tubing)

2019. 1. 11. 10:49

열 수축 튜브 (Heat-shrink tubing)

안전한 전기적 결선을 위한 필수품이다. 열을 가하면 수축하는 튜브로 전선의 절연하는데 사용된다. 또한 주변 환경으로부터 전선이 보호된다.

보통 나일론이나 Polyolefin으로 만들어지며 열을 받으면 길이 방향으로는 줄어들지 않고 반경방향으로 줄어든다. 직경의 반 혹은 1/6 정도로 줄어든다. 다양한 종류과 화학 구성이 있으며 적용 환경과 대상물에 따라 바뀌게 된다.

제품은 온라인 오픈마켓에서도 쉽게 구할 수 있으며 설명도 잘 되 있다.

사용법은 아래와 같이 그냥 전선이 노출된 부위에 끼우고 열을 가하면 (라이터로 해도 된다) 수축해서 꽉 끼게 되고 전선이 보호된다.

적용대상물에 따른 재질

고무 재질

저온에서 높은 유연성을 가지며 엄격한 국제 규격을 만족한다. -75에서 150도 까지 사용할수 있으며 다양한 화학물질 (디젤유)에 저항성을 가진다. 또한 마멸에 대한 저항성도 좋으며 보통 수축율은 2:1 정도 이다.

Fluorinated ethylene propylene (FEP)

PTFE의 저가 버전. 대부분의 화학물질과 솔벤트에 저항성이 있으며 뜨거운 열, 냉기, 자외선에 저항성이 있다. 최고의 재질이다.

Polyolefin

가장 많이 쓰인다. -55~135 도씨까지 쓸 수 있고 군용, 항공우주용, 철도산업용으로 쓰인다. 유연성이 좋고 빠르게 수축하며 다양한 색깔이 있다. 단 검은색을 제외하고는 자외선에 약하여 검은색이 주로 외부 노출용으로 사용된다. 143도씨면 수축한다. 직경 수축율은 2:1 정도이다. 높은 등급의 경우는 3:1 까지도 된다.

PTFE

-55~175도씨 까지 쓸수 있고 낮은 마찰계수와 높은 화학저항성을 가진다.

이외에도 PVC, 실리콘 고무, Viton (고온용) 등이 있다.

참고문헌

https://en.wikipedia.org/wiki/Heat-shrink_tubing

https://www.cableorganizer.com/learning-center/how-to/how-to-use-heat-shrink-tubing.htm

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토크 렌치 (torque wrench)

2019. 1. 10. 15:58

토크 렌치 (torque wrench)

볼트나 너트를 주어진 토크대로 조일 때 쓰는 공구이다. 아래가 일반적으로 많이 쓰이는 형태의 토크렌치이다.

(그림에는 없지만 손잡이 부분에 토크를 확인하는 눈금이 있다.)

그냥 공구라 쌀 것 같지만 의외로 무척 비싸다! (크기와 정확도 등에 따라 바뀌지만 기본적으로 십만원 넘는다.)

손으로 조이는 수동식, 전동식, 공압식 등이 있으나 대세는 역시 수동식이며 다양한 어댑터와 관련 제품 (캘리브레이터 등) 도 많다.

조립순서는

1. 눈금을 보면서 맨 밑에 그립을 돌려 원하는 토크를 맞춘다.

2. 볼트를 조이다가 떙하는 소리가 나면서 힘이 덜 걸리는 순간이 있는데 완전히 다 조여진 것이다.

3. 확인을 위해서 두 번 땡 쏘리가 날 때까지 하는 경우도 있다.

토크렌치의 정확도는 과거에는 비교적 낮은 것으로 알려졌으나 최근 제품들은 오차율 3% 내외인 것이 많다.

타입이 여러가지가 있으나 사용자 입장에서는 별로 중요하지 않다. 넘어가자.

어댑터 적용

토크렌치는 그냥 사용할 경우에는 특별한 주의점이 별로 없긴하나 어댑터, 익스텐션, 치터바을 사용하는 경우에는 주의가 필요하다.

위 그림에서 원래 토크렌치는 A의 길이를 가진다. 그러나 작업공간상이 좁아서 어댑터를 사용하면 B의 길이가 추가된다.

가해지는 토크가 엄청나게 큰 경우에는 작업자의 힘이 부족해서 치터바와 같은 끝단 봉을 끼워서 작업자의 힘을 줄이기도 한다. 이 경우엔 길이가 C 만큼 늘어난다.

(치터바는 쉽게 생각하면 그냥 힘이 딸려서 토크렌치 끝단에 끼우는 파이프 정도라 보면 된다.)

치터바만 있는 경우에는 토크 세팅이 틀려지지 않는다.

그러나... 어댑터를 사용하면 토크 설정을 바꾸어야 한다. 있지말자!

$T_{w}={\frac {T_{d}A}{A+B}}$

$T_{w}={\frac {T_{d}(A+C)}{A+B+C}}$

$T_w$ : 토크렌치 눈금에 세팅되는 토크

$T_{d}$ : 실제 볼트를 조이는데 가해지는 토크

어댑터를 사용했는데 위 보정식을 적용하지 않으면 일반적으로 볼트는 더 조여지게 된다!!!!. 주의하자.

익스텐션의 길이가 토크렌치에 비해 매우 짧다면 무시해도 된다.

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주름관 불안정성 (bellows instability)

2019. 1. 10. 15:24

주름관 불안정성 (bellows instability)

from EJMA Standard

주름관은 구조적인 불안정성이 위와 같이 두가지가 있다.

Out-of-plane 불안정성 (column squirm)

in-plane 불안정성 (in-plane squirm)

기본적으로 주름관 길이가 길어질수록 산수가 많을수록 불안정성이 높아진다.

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기하공차-직진도 공차

2019. 1. 7. 14:54

기하공차-직진도 공차

직진도 공차는 모양 (Form) 공차이며 데이텀이 불필요한 단독형태이다. 기호는 단순히 선하나 그으면 된다.

면에 적용할 수 있으며 크기를 제한한다 ( + 치수 범위 공차와 유사하다 ).

보통 두가지 형태 (선 직진도와 축 직진도) 이다.

선 직진도

예시

위 예는 원형핀의 반경이 기준치수보다 최대 0.1 까지 커질 수 있다는 의미이다.

선직진도는 한선을 따라 그대로 측정하면 된다.

선 직진도를 면으로 확장한 개념이 평면도 (공차) 이다.

축 직진도

보통 실린더 형태의 구조물에 대해 축이 얼마나 직선이냐를 정의한다. 축이 너무 많이 휘는 것을 방지한다.

예시

위의 예는 원형 핀의 축의 오차가 직경 0.08 이하에 있어야 한다는 의미이다.

관련자료

dept1.sau.ac.kr

https://en.wikipedia.org/wiki/Geometric_dimensioning_and_tolerancing

https://www.gdandtbasics.com/straightness/

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후크의 법칙 (Hook's law)

2019. 1. 3. 13:52

후크의 법칙 (Hook's law)

쉽게 말해 용수철과 같은 탄성체 (댕기면 늘어나고 누르면 압축되는) 가 변형되는 원리를 나타내는 식이다.

적용 대상물의 종류에 따라 식이 바뀌게 된다.

용수철과 같은 탄성체의 경우

용수철은 식이 간단하다. 더 세게 당길수록 (작용하는 힘 Fs가 커질수록) 많이 늘어난다 (변형하는 정도인 x가 커진다).

$F_{s}=kx$

$x={\frac {F_{s}}{k}}$

여기서 k는 스프링 상수이다.

아래 그림에서 빨간선이 이론적인 후크의 법칙을 나타내며 검은색 선이 실제 현상이다.

후크의 법칙은 Fs를 작용하는 힘이 아닌 복원력으로 표현하면 아래와 같다.

$F_{s}=-kx$

연속체인 탄성체의 경우 (1차원)

(일반적인 구조물, 정역학)

아래 에서 E는 탄성계수 (elastic modulus) 이다.

$\sigma =E\varepsilon$

응력 $\sigma ={\frac {F}{A}}\,,$ 변형율 $\varepsilon = \frac{\Delta L}{L}$

변형율 $\varepsilon ={\frac {\sigma }{E}}={\frac {F}{AE}}\,.$

길이 변화 $\Delta L=\varepsilon L={\frac {FL}{AE}}\,.$

연속체인 탄성체의 경우 (3차원)

3차원 연속체는 아래와 같다.

${\boldsymbol {\sigma }}=-\mathbf {c} {\boldsymbol {\varepsilon }},$ $\sigma _{ij}=-\sum _{k=1}^{3}\sum _{l=1}^{3}c_{ijkl}\varepsilon _{kl}$

${\boldsymbol {\varepsilon }}\,=\,{\begin{bmatrix}\varepsilon _{11}&\varepsilon _{12}&\varepsilon _{13}\\\varepsilon _{21}&\varepsilon _{22}&\varepsilon _{23}\\\varepsilon _{31}&\varepsilon _{32}&\varepsilon _{33}\end{bmatrix}}\,;\qquad {\boldsymbol {\sigma }}\,=\,{\begin{bmatrix}\sigma _{11}&\sigma _{12}&\sigma _{13}\\\sigma _{21}&\sigma _{22}&\sigma _{23}\\\sigma _{31}&\sigma _{32}&\sigma _{33}\end{bmatrix}}$

$i, j = 1,2,3$ .

연속체인 탄성체의 경우 (3차원, 등방성 재질*)

* 우리가 알고 있는 대부분의 재질은 등방성이다. 등방성은 방향에 따라 재질 특성이 동일하다는 의미이다.

${\begin{bmatrix}\varepsilon _{11}\\\varepsilon _{22}\\\varepsilon _{33}\\2\varepsilon _{23}\\2\varepsilon _{13}\\2\varepsilon _{12}\end{bmatrix}}\,=\,{\begin{bmatrix}\varepsilon _{11}\\\varepsilon _{22}\\\varepsilon _{33}\\\gamma _{23}\\\gamma _{13}\\\gamma _{12}\end{bmatrix}}\,=\,{\frac {1}{E}}{\begin{bmatrix}1&-\nu &-\nu &0&0&0\\-\nu &1&-\nu &0&0&0\\-\nu &-\nu &1&0&0&0\\0&0&0&2+2\nu &0&0\\0&0&0&0&2+2\nu &0\\0&0&0&0&0&2+2\nu \end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}\sigma _{11}\\\sigma _{22}\\\sigma _{33}\\\sigma _{23}\\\sigma _{13}\\\sigma _{12}\end{bmatrix}}$

${\begin{bmatrix}\sigma _{11}\\\sigma _{22}\\\sigma _{33}\\\sigma _{23}\\\sigma _{13}\\\sigma _{12}\end{bmatrix}}\,=\,{\frac {E}{(1+\nu )(1-2\nu )}}{\begin{bmatrix}1-\nu &\nu &\nu &0&0&0\\\nu &1-\nu &\nu &0&0&0\\\nu &\nu &1-\nu &0&0&0\\0&0&0&{\frac {1-2\nu }{2}}&0&0\\0&0&0&0&{\frac {1-2\nu }{2}}&0\\0&0&0&0&0&{\frac {1-2\nu }{2}}\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}\varepsilon _{11}\\\varepsilon _{22}\\\varepsilon _{33}\\2\varepsilon _{23}\\2\varepsilon _{13}\\2\varepsilon _{12}\end{bmatrix}}$

${\begin{bmatrix}\sigma _{11}&\sigma _{12}&\sigma _{13}\\\sigma _{12}&\sigma _{22}&\sigma _{23}\\\sigma _{13}&\sigma _{23}&\sigma _{33}\end{bmatrix}}\,=\,2\mu {\begin{bmatrix}\varepsilon _{11}&\varepsilon _{12}&\varepsilon _{13}\\\varepsilon _{12}&\varepsilon _{22}&\varepsilon _{23}\\\varepsilon _{13}&\varepsilon _{23}&\varepsilon _{33}\end{bmatrix}}+\lambda \mathbf {I} \left(\varepsilon _{11}+\varepsilon _{22}+\varepsilon _{33}\right)$

연속체인 탄성체의 경우 (평면응력, 등방성 재질*)

${\begin{bmatrix}\varepsilon _{11}\\\varepsilon _{22}\\2\varepsilon _{12}\end{bmatrix}}\,=\,{\frac {1}{E}}{\begin{bmatrix}1&-\nu &0\\-\nu &1&0\\0&0&2+2\nu \end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}\sigma _{11}\\\sigma _{22}\\\sigma _{12}\end{bmatrix}}$

${\begin{bmatrix}\sigma _{11}\\\sigma _{22}\\\sigma _{12}\end{bmatrix}}\,=\,{\frac {E}{1-\nu ^{2}}}{\begin{bmatrix}1&\nu &0\\\nu &1&0\\0&0&{\frac {1-\nu }{2}}\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}\varepsilon _{11}\\\varepsilon _{22}\\2\varepsilon _{12}\end{bmatrix}}$

${\begin{bmatrix}\sigma _{11}&\sigma _{12}\\\sigma _{12}&\sigma _{22}\end{bmatrix}}\,=\,{\frac {E}{1-\nu ^{2}}}\left((1-\nu ){\begin{bmatrix}\varepsilon _{11}&\varepsilon _{12}\\\varepsilon _{12}&\varepsilon _{22}\end{bmatrix}}+\nu \mathbf {I} \left(\varepsilon _{11}+\varepsilon _{22}\right)\right)$

참고문헌

https://en.wikipedia.org/wiki/Hooke%27s_law

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