[Mechanical Element(기계요소설계)] 나사 설계부터 종이와 컴퓨터로 구현하기

[Mechanical Element(기계요소설계)] 나사 설계부터 종이와 컴퓨터로 구현하기

2018-10-15

도도(Dodo) / root at localhost (127.0.0.1)

 

이번에 소개할 것은 "기계요소" 설계 중 나사를 설계하는 방법에 대해서 소개하고자 한다.

크게 어렵지 않은데 문제는 식이 매우 복잡한 수준으로 많다고 볼 수 있다.

가벼운 수준에서 컴퓨터 구현까지 해보고자 한다.

 

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1. 사용 프로그램

 

FreeCAD, Inventor 등 설계가 가능하면 된다.
프로그래밍 언어가 지원되면 시뮬레이션 할 수 있다.

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2. ASME 규격과 KS 규격

 

ASME 규격이나 KS 규격은 거의 큰 차이가 없다고 보면 된다.

유니파이나사(Unified screw Thread)란?
미국, 영국, 캐나다 3국의 협정에 의하여 정한 나사로 ABC 나사라고도 한다. 피치를 인치(inch)로 표시하는 인치계열(inch system)의 나사이고, 나사의 크기는 1 인치 사이에 산수로 표시하며, 나사산의 각은 60도이다. 나사의 모양은 미터나사와 같다.

 

 

 

 

표 1. 미터보통나사(KS B 0201)

 

나사의 호칭			피치p	접촉높이	암나사
					골지름	유효지름	안지름
1	2	3			수나사
					바깥지름	유효지름	골지름
M 1			0.25	0.135	1.000	0.838	0.729
	M1.1		0.25	0.135	1.100	0.938	0.829
M 1.2			0.25	0.135	1.200	1.038	0.929
	M 1.4		0.3	0.162	1.400	1.205	1.075
M 1.6			0.35	0.189	1.600	1.373	1.221
	M 1.8		0.35	0.189	1.800	1.573	1.421

 

 

 

표 2. 사다리꼴 나사의 기준 치수 (미터사다리꼴 나사)

 

나사의 호칭	피치(p)	접촉높이	암나사
			골지름	유효나사	안지름
			수나사
			바깥지름	유효지름	골지름
Tr 8 x 1.5	1.5	0.75	8.000	7.250	6.500
Tr 9 x 2 Tr 9 x 1.5	2 1.5	1 0.75	9.000 9.000	8.000 8.250	7.000 7.500
Tr 10 x 2 Tr 10 x 1.5	2 1.5	1 0.75	10.000 10.000	9.000 9.250	8.000 8.500

 

표 1의 치수 정보를 바탕으로 나사를 설계할 수 있다.

 

 

 

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3. 나사의 기본 설계

 

나사를 설계하기 위한 기본적인 원리는 그림 1과 같이 표현할 수 있다.

 

 

 

그림 1. 나사의 곡선이 성립하는 원리의 예 - 도도(Dodo)

 

프로그램이 없는 경우: 종이로 실습해볼 수 있음. 종이를 둘둘 말아보면, 나사의 형태가 생긴다.

 

리드(lead): 나사를 1회전 돌렸을 때 축 방향으로 이동한 거리, l

리드각(lead angle):

원통의 지름(dimension): d

 

 

산과 산 사이, 골과 골 사이의 거리를 피치(Pitch)라고 한다.

 

 

 

그림 2. 피치의 원리 - 도도(Dodo)

 

유효지름 , 바깥지름 , 골지름 이라고 정의하자.

 

 

나사의 리드각은 골지름, 유효지름, 바깥지름에 대하여 각각 다를 수 있으나 나사의 역학적인 계산에는 유효지름에 대한 리드각 , 즉

 

 

 

 

 

 

 

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5. 계산기 구현하기

 

 

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6. FreeCAD 설치하기

 

다음은 FreeCAD 설치에 관한 것이다.

 

그림 1. FreeCAD 설치하기의 예 - 도도(Dodo)

 

 

그림 2. FreeCAD 설치하기의 예 - 도도(Dodo)

 

그림 3. FreeCAD 실행이 되지 않을 때 - 도도(Dodo)

sudo add-apt-repository ppa:freecad-maintainers/freecad-stablesudo apt-get update
sudo apt install freecad

그림 4. FreeCAD 설치하기 - 도도(Dodo)

그림 5. FreeCAD 설치하기 - 도도(Dodo)

그림 6. FreeCAD 설치하기 - 도도(Dodo)

그림 7. FreeCAD 설치하기 - 도도(Dodo)

그림 8. FreeCAD 실행하기의 예 - 도도(Dodo)

 

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7. FreeCAD로 나사 구현하기

나사 구현을 하기에 앞서 간단한 드로잉을 시연하였다.

 

 

그림 9. 드로잉하기 - 도도(Dodo)

 

드로잉 연습을 바탕으로 FreeCAD Thread 구현에 대해서 시연하겠다.

 

 

영상 1. 나사의 모형 쓰레드 실습하기의 예 - 도도(Dodo)

 

[첨부(Attachment)]

Thread.fcstd

Thread.fcstd.zip

 

 

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9. 참고자료(Reference)

1. How to fix FreeCAD ‘No module named WebGui’ on Ubuntu 18.04 – TechOverflow, Last Modified, Accessed by 2018-10-15, https://techoverflow.net/2018/06/03/how-to-fix-freecad-no-module-named-webgui-on-ubuntu-18-04/
2. Thread for Screw Tutorial - FreeCAD Documentation, Last Modified 2018-08-09 20:41, Accessed by 2018-10-15, https://www.freecadweb.org/wiki/Thread_for_Screw_Tutorial