간단한 기계와 기계 요소
1. 자전거의 구조와 작동
(1) 기계의 구성과 종류
① 기계의 구성
㉠ 동력을 받아들이는 부분
㉡ 동력을 전달하는 부분
㉢ 동력을 이용하여 일을 하는 부분
㉣ 각 부분을 고정, 지탱하는 부분
② 기계의 기본 구성 요소 : 지렛대, 수레바퀴, 도르래, 빗면, 나사
③ 기계의 종류 : 동력 기계, 작업 기계
(2) 자전거의 구조
① 차체 부분 : 포크, 파이프 등
② 동력 전달 부분 : 페달, 크랭크, 스프로킷, 체인 등
③ 제동 부분 : 브레이크, 브레이크 레버 등
④ 조향 부분 : 핸들, 핸들 포스트, 손잡이 등
⑤ 차륜 부분 : 바퀴, 스포크, 림 등
⑥ 기타 부분 : 경음기, 안장, 짐받이, 반사재 등
(3) 동력의 전달과 제동
① 동력 전달 과정 : 페달 → 크랭크 → 크랭크축 → 큰 스프로킷 → 체인 → 작은 스프로킷 → 뒤허브 → 뒷바퀴
② 제동 과정 : 브레이크 레버 → 와이어 → 앞/ 뒤 브레이크 → 앞 / 뒷바퀴
2. 자전거의 기계 요소
(1) 자전거를 구성하는 기계 요소
① 차체 부분 : 나사, 볼트, 너트 등 → 핸들, 안장, 허브 등을 조립
②행어 부분 : 크랭크, 크랭크축, 볼 베어링 → 파이프, 체인 지지대 등을 연결
③ 허브 부분 : 축과 볼 베어링이 있다.
④전동 부분 : 크랭크축, 큰 스프로킷, 체인, 작은 스프로킷, 뒤허브 등
⑤기타 부분 : 코일 스프링 → 안장 밑에 설치, 브레이크 → 바퀴에 장착
(2) 기계 요소의 뜻과 분류
① 기계 요소 : 여러 가지 기계에 공통으로 사용되는 기계 부품
② 기계 요소의 분류
구분 |
기계 요소 |
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결합용 기계 요소
축용 기계 요소
전동용 기계 요소
관용 기계 요소
기타 기계 요소
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나사, 볼트, 너트, 핀, 키, 리벳 등
축, 베어링, 클러치, 커플링 등
마찰차, 기어, 캠, 링크, 풀리, 체인, 로프 등
파이프, 파이프 이음, 밸브 등
스프링, 브레이크 등
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3. 결합용 기계 요소
(1) 나사
① 나사의 원리 : 나사선에 따라 일정한 단면의 홈을 만든 것
② 피치와 리드
㉠ 피치 : 나사산(골)에서 바로 그 다음 나사산(골)까지의 거리
㉡ 리드 : 나사가 한 바퀴 돌 때 축 방향으로 움직인 거리
③ 나사의 크기 : 수나사의 바깥지름으로 나타내며, 호칭 치수라 한다.
④ 나사의 규격화 : 나사산의 모양, 지름, 피치 등을 한국 산업 규격으로 정해 놓고 있다.
⑤ 볼트와 너트
㉠ 볼트 : 머리 달린 둥근 막대의 바깥 표면에 수나사로 깎은 것
㉡ 너트 : 두꺼운 강편의 안쪽에 암나사로 깎은 것
⑥ 나사의 종류
㉠ 나사 위치에 따라
- 수나사 : 둥근 막대의 바깥둘레에 나사산이 있는 나사
- 암나사 : 원통의 안쪽둘레에 나사산이 있는 나사
㉡ 죔 방향에 따라
- 오른 나사 : 오른쪽으로 돌렸을 때 죄어짐
- 왼나사 : 왼쪽으로 돌렸을 때 죄어짐
㉢ 나사산 줄 수에 따라
- 한줄나사 : 1 개의 나사산 줄을 가지는 나사
- 다줄나사 : 2 개 이상의 나사산 줄을 가지는 나사
(2) 핀과 키
① 핀 : 큰 힘이 걸리지 않는 부품을 고정하거나, 볼트와 너트의 풀림을 방지하는 데 쓰인다.
㉠ 평행 핀
㉡ 테이퍼 핀
㉢ 분할 핀
② 키 : 기어, 벨트 풀리, 핸들 등의 회전체를 축에 고정시켜 미끄럼 없이 회전을 전달시킬 때에 사용한다.
㉠ 키의 설치 : 축에는 키 홈을 만들고, 회전체에는 키 자리를 마련한다.
㉡ 키의 종류 : 안장 키, 평 키, 묻힘 키, 평행 키, 테이퍼 키 등
▲ 핀의 종류 ▲ 키의 구조
4. 축용 및 관용 기계 요소
(1) 축용 기계 요소
①축 : 기계에서 회전 운동으로 동력을 전달시키는 회전체의 중심 막대로서, 기어․벨트 풀리․스프로킷 등을 끼워 회전시킨다.
㉠ 차축 ㉡ 전동축 ㉢ 크랭크축
② 축이음 : 축을 연결할 때 사용하는 기계 요소이다.
㉠ 커플링 ㉡ 클러치
③ 베어링 : 축을 받쳐 주는 기계 요소로, 축이 회전할 때 마찰 저항을 적게 하여 원활하게 회전할 수 있도록 한다.
㉠ 미끄럼 베어링
㉡ 구름 베어링
축과 베어링 사이에 볼이나 롤러를 넣어 구름 접촉을 하는 베어링으로, 롤러 베어링은 볼 베어링보다 접촉면이 넓어서 마찰이 크다.
(2) 관용 기계 요소
①관 : 구조물의 부재로도 쓰이나, 주로 유체를 수송하는 통로로 쓰인다.
․종류 : 강관, 주철관, 구리관, 고무관, 합성 수지관, 콘크리트관 등
②관이음 재료 : 관을 이어 길이를 길게 하거나, 관의 방향을 바꿀 때 쓰인다.
․종류 : 엘보, 티, 크로스, 유니언, 와이(Y), 암수 소켓 등
③밸브 : 관 속에 흐르는 유체의 양이나 압력 및 흐르는 방향을 조절하는 데 쓰인다.
․종류 : 스톱 밸브(글로브 밸브, 앵글 밸브), 단속 밸브, 체크 밸브, 콕 등
5. 그 밖의 기계 요소
(1) 스프링
물체의 탄성을 이용하여 외부의 진동이나 충격을 완화시키거나 에너지를 축적하는 기계 요소이다.
① 모양에 따른 종류
㉠ 코일 스프링(인장, 압축, 비틀림 스프링)
㉡ 판 스프링
㉢ 태엽 스프링
②재료에 따른 종류 : 금속 스프링, 비금속 스프링(고무, 플라스틱, 유체 스프링)
(2)브레이크
기계의 운동 에너지를 마찰력에 의하여 그 속도를 줄이거나 멈추게 하는 기계 요소이다.
① 마찰 브레이크
㉠ 띠 브레이크 ㉡ 블록 브레이크 ㉢ 원판 브레이크
② 전자 브레이크 : 운동 에너지를 전기 에너지로 바꾸어서 제동
6. 자전거의 점검과 정비
(1) 자전거의 점검
①작업 전 점검 방법 : 눈으로 이상 유무 확인, 각 부의 고정 상태 확인, 소리나 작동 상태 확인
② 점검 사항
㉠ 핸들 부분 : 핸들의 높이와 방향, 나사의 풀림 등
㉡ 안장 부분 : 안장의 높이 등
㉢ 브레이크 부분 : 브레이크의 제동 상태
㉣ 바퀴 부분 : 타이어의 공기압 및 파손 여부
㉤ 동력 전달 부분 : 체인의 장력, 페달 나사의 조임 상태 등
㉥ 기타 부분 : 전조등의 점등 및 고정 상태
(2) 자전거의 정비 및 급유
① 핸들 부분
㉠ 핸들의 높이 : 나사와 높이 조절 너트를 풀어서 조정한다.
㉡ 핸들의 방향 : 핸들 바와 자전거의 방향을 일치시킨다.
② 안장의 높이 : 안장에 앉았을 때 양 발 끝이 지면에 닿을 정도로 조정한다.
③ 브레이크 부분
㉠ 브레이크의 간극 : 블록과 림의 간격을 1~2㎜ 정도로 조정한다.
㉡ 브레이크의 작동 : 부드럽게 작동되도록 볼트와 너트를 죈다.
④ 바퀴 부분
㉠ 타이어의 공기압 : 승차 시 타이어와 지면과의 접촉 길이가 5～10cm가 되면 적당하다.
㉡ 바퀴살의 장력 : 늘어진 바퀴살은 림의 고장을 잡아가며 늘린다.
⑤체인의 장력 : 체인의 중앙부를 위 아래로 눌렀을 때의 차가 10～20mm 정도가 되도록 조정한다.
⑥ 기타 부분
㉠ 전조등 : 빛무리가 10m 전방에서 형성되도록 한다.
㉡ 경보벨 : 소리가 30m 밖에서도 들릴 수 있도록 뚜껑과 대 사이를 조정한다.
(3) 정비용 공구
①일반 공구 : 드라이버, 플라이어, 플라스틱 해머, 조정 렌치, 양구 렌치, 박스 렌치 등
②전용 공구 : 니플 돌리개, 프리 휠 돌리개, 페달 돌리개, 세갈래 렌치, 페달용 스패너, 체인 죔 박스 렌치
7. 회전 운동 전달 장치
(1) 마찰자 전동
두 개의 바퀴를 직접 접촉시켜, 그 접촉면에서 발생하는 마찰력을 이용하여 두 축 사이에 동력을 전달한다.
① 용도 : 두 축 사이의 동력을 자주 변경할 필요가 있을 때 쓰인다.
② 마찰차 표면 : 고무, 가죽, 섬유 등을 붙여서 사용한다.
③ 종류
㉠평 마찰차 ㉡ 원판 마찰차
㉢원추 마찰차 ㉣ V홈 마찰차
④ 마찰차 전동의 이용 : 자전거의 발전기, 재봉틀의 북실감기 등
(2) 기어 전동
원통의 둘레에 이를 만들어 놓은 한 쌍의 기어가 서로 맞물려 돌아가며 동력을 전달한다.
② 용도
㉠ 두 축의 사이의 거리가 짧은 경우에 쓰인다.
㉡정확한 속도비를 얻을 수 있어 전동 장치, 변속 장치 등에 널리 쓰인다.
③기어 전동의 이용 : 시계, 자동차, 핸드 드릴, 공작 기계, 내연 기관 등
(3) 체인 전동
체인을 스프로킷의 이에 하나씩 물리게 하여 동력을 전달한다.
① 특징
㉠ 미끄럼이 없고, 큰 동력을 효율적으로 전달할 수 있다.
㉡ 소음과 진동을 일으키기 쉬워 고속 회전이나 정숙 운전에는 부적합하다.
②용도 : 두 축 사이의 거리가 멀고, 확실한 동력 전달이 필요한 곳에 쓰인다.
③체인의 종류 : 롤러 체인과 사일런트 체인 등이 있다.
④체인 전동의 이용 : 자전거, 오토바이, 농업 기계 등의 동력 전달 장치 등
(4) 벨트 전동
벨트와 벨트 풀리 사이의 마찰력에 의하여 동력을 전달한다.
①특징 : 미끄럼이 발생할 수 있어 정확한 회전비를 필요로 하는 동력이나 큰 동력의 전달에는 적합하지 않다.
② 벨트를 거는 방법 : ㉠ 바로걸기 ㉡엇걸기
③ 벨트의 종류 : 평벨트, V벨트 등
④벨트 전동의 이용 : 세탁기, 재봉틀, 탁상 드릴링 머신, 자동차의 냉각팬 등의 전동 장치
(5) 로프 전동
풀리의 링에 로프를 걸어감아 힘과 운동을 전달한다.
① 특징 : 큰 동력을 전달하는 곳과 고속 회전에 적합하다.
② 용도 : 두 축 사이가 멀 때 사용한다.
③ 로프의 재질 : 와이어, 가죽, 섬유 등
④ 로프 전동의 이용 : 케이블카, 엘리베이터, 크레인 등
8. 운동 변화 장치
(1) 캠 전동
회전 운동을 직선 운동이나 요동 운동 등으로 바꾸어 전달한다.
① 캠의 종류
㉠ 평면 캠 : 접촉 부분이 평면 운동. 판 캠, 직동 캠 등
㉡ 입체 캠 : 접촉 부분이 입체적 운동. 원통 캠, 구면 캠 등
② 캠 전동의 이용 : 장난감, 재봉틀, 방직기, 내연 기관 등
(2)링크 장치
몇 개의 가늘고 긴 막대를 핀으로 결합시킨 기계 요소로, 원동절의 일정한 운동을 거쳐 종동절이 다른 운동을 한다.
① 링크 장치의 종류 : 3절 링크, 4절 링크, 5절 링크 등
② 링크 장치의 이용
㉠ 자전거 ㉡ 발재봉틀 ㉢ 내연 기관
운동 물체 만들기
1. 운동 물체의 구상과 설계
(1) 운동 물체의 이해
①운동 물체와 에너지 : 운동 물체는 에너지를 소비하면서 일정한 운동을 한다.
②운동 물체의 운동 : 회전 운동, 직선 왕복 운동, 흔들이 운동 등을 한다.
③기구의 종류 : 직선 운동 기구, 왕복 운동 기구, 회전 운동 기구, 진자 운동 기구 등
(2) 운동 물체의 구상
① 구상 : 설계하기 전에 만들고자 하는 제품의 모양과 크기, 구조, 재료 등을 머리 속에 생각하는 과정
② 제품 구상 시 고려할 사항 : 기능성과 구조, 재료, 심미성, 경제성, 창의성 등
③ 구상과 설계 과정 : 모형의 선택 → 전동 장치의 결정 → 동력의 결정 → 구상도와 제작도 그리기 → 재료 선정, 가공 방법 등의 결정
(3) 구상도와 제작도 그리기
① 구상도 그리기 : 등각 투상도나 사투상도로 그린다.
②제작도 그리기 : 제 3각법에 의한 정투상도로 그리며, 도면과 함께 시방서, 표제란, 겨냥도 등을 나타낸다.
2. 운동 물체 만들기의 실제
(1) 작업의 준비
①부품도 그리기 ②재료표 작성
③공구 준비 ④공정표 작성
⑤작업 순서 : 작업 준비 → 마름질하기 → 가공하기 → 조립하기 → 검사하기
