기계요소설계: 자동차 축의 설계

목차

1. 강도설계에 의한 축 지름의 결정
2. 강성설계에 의한 축 지름의 결정
3. 강도 및 강성을 고려한 축의 지름
4. 축의 공차 및 경도 (H7/g6, 경도 : 열처리후 HRC=60 이상)
5. 축의 위험속도 결정
6. 본 과제에 대한 스스로의 평가

본문내용

과제번호 1-1과 같은 자동차 축에 대한 설계조건을 만족하는 중실축의 자동차 축을 설계하려고 할 때 다음 사항을 결정하시오.

(1) 강도설계에 의한 축 지름의 결정
(a) 축 재료의 선정
축의 재료는 일반적으로 인장강도가 비교적 낮고, 연성이 풍부한 0.1~0.4%C 정도의 탄소강이나 저합금강을 사용하지만, 고하중 및 고 회전수의 축에는 Ni강, Ni-Cr강,Cr-Mo강 등의 특수강이 사용된다. 또한, 보통 크기의 축은 인발 강이나 열간압연 강이 사용되지만, 지름이 100mm 이상이면 단조에 의해 소재를 만든다.
공장용 전동축이나 저속 회전용은 탄소강의 냉간인발봉을 필요에 따라 표면 경화시켜 사용하며, 베어링으로 지지되는 저널부는 내마모성을 필요로 할 때는 고주파 경화, 또는 침탄처리한 표면 경화강을 사용하기도 한다.
축의 재료는 KS규격에 의해 용도와 성질에 따라 분류되어 있다 여기에서 차축에 적합한 재료를 선정할 수 있고 인장강도의 값을 알 수 있다. 다음 표에 의하면 기본적으로 차축에 쓰이는 재료는 기계구조용 탄소강과 크롬몰리브덴강이 있다.
크롬몰리브덴강은 크롬강에 소량의 몰리브덴을 가한 것으로 기계구조용 탄소강보다 인장강도가 높다. 하지만 인장강도가 높아지는 대신 가격도 상승하여 일반 승용차라면 합리적인 재료인 기계구조용 탄소강을 선택하는 것이 좀 더 경제적이다. 다음 표는 기계구조용 탄소강의 성질 표이다. 이중 안정성을 위해 차의 축은 인장강도가 가장 높은 SM40C로 선정한다.

(b) 굽힘 모멘트의 계산 (M)
축에 작용하는 모멘트를 구하기 위해 축의 자중(W1)을 1kN으로 가정하자. 차축은 굽힘 하중만 받는다고 가정하면 자동차의 무게(Wc)와 차축의 무게(W1)의 무게에 의한 하중은 Wt = 12kN/4 + 1kN/2 = 3.5kN이다. 굽힘 모멘트를 계산하면 다음과 같다. M= Wt × a = 3.5 × 200= 700 N*m이다. 따라서 M는 700 N*m 값을 갖게 된다.

참고 자료

없음