기계설계시 고려해야 할 110가지

기계설계시 고려해야 할 110가지

 

 

시스템 설계시 설계 강도 및 기하학적 구조는 치수를 결정하는 주요한 요소로 작용하므로 기계적 강도는 중요한 설계 요소라 할 수 있습니다. 기계 요소 설계시 전체 시스템에 미치는 특성에 대한 내용을 확인하고 설계 상황에 맞게 고려되어야 하는 우선순위를 정해야 합니다. 

 

아래 사항은 기계설계시 고려해야 할 주요 설계 특성에 대한 목록입니다. 

 

• 기능
• 기계적 강도
• 소재의 변형 유무
• 부식
• 안전
• 신뢰성
• 제작 가능성
• 마찰
• 형상
• 외형적 특성 (스타일)
• 제어
• 윤활
• 시장성
• 유지보수
• 부피
• 가격
• 열적특성

 

기계 설계시 고려해야 할 110 가지

1. 응력이 발생하는 구간과 이를 지지하는 지지점 사이의 최대한 짧게 할 것, ☞ 응력이 발생 지점과 지지점 사이의 간격이 멀어질수록 구조물의 강성이 저하
2. 캔틸레버 구조를 사용할 경우 별도의 서포트가 없는 경우 캔틸레버의 길이를 최대한 줄여서 설계할 것.
3. 워크나 이송 소재의 동하중에 의해 발생할 수 있는 이점을 고려할 것 ☞ 일정 구간에서 워크물의 포지셔닝(Positioning) 효과를 얻을 수 있음, 반대로 너무 가벼운 소재는 마찰력저하로 이송이 떨어질 수 있음.
4. 진동이 발생하는 기계류의 진동전달력을 최대한 피할 것 ☞ 진동에 의해 조립부 및 강성에 영향이 갈 수 있음.
5. 배선, 공압선과 같은 경로 하나만 고려하지 말 것.  ☞ 유틸리티와 같은 선들은 기계설계 완료 후 경로를 여러방향으로 경로설계를 할 수 있으므로 강성이 필요한 구조물과 같은 설계에 있어서 영향이 최소화 되는 경로로 설계.
6. 주철 부품의 인장응력을 최대한 피할 것. ☞ 주철로 만들어진 부품은 인장 응력에 취약하므로 가능한 인장응력이 발생하지 않는 소재를 적용.
7. 얇은 소재의 판이나 직경이 작은 환봉의 굽힘 응력을 피할 것.
8. 충격하중이 발생하는 구간의 부품은 강성이 높은 재질을 피할 것. ☞ 반복적인 충격 하중은 부품의 크랙이나, 파손으로 이어질 수 있음.
9. 기계 부품류의 표면을 고려할 것 ☞ 조립품이나 면 대 면으로 맞닿는 구간의 부품은 표면의 가공 조도를 고려하여 설계하여 조립시 틈은 최소화하여 강성을 유지해야 함. 반대로 Base 플레이트와 같은 비 조립품의 가공 정도는 상황에 따라 불필요 함.
10. 가변 하중 및 응력을 받는 부품의 응력 집중을 피할 것. ☞ 부품의 변형 및 파손을 유발 함.
11. 작업 하중에 의한 변형을 고려할 것. ☞ 특정 소재의 동하중이 반복적으로 발생하는 구간에서는 강성을 고려한 재질을 선정.
12. 기계 부품의 조립중 정렬 불량(가공, 소재, 설계 오류) 발생시 억지로 조립하지 말 것.   ☞ 억지로 조립할 경우 부품의 강성 저하 및 체결, 정렬에 영향.
13. 슬라이딩 부와 같은 구간에 마찰력이 높은 재질의 설계를 피할 것. ☞ LM 가이드와 볼 부쉬와 같은 별도의 기계요소를 사용하지 않는 슬라이딩 구간의 설계는 마찰력이 낮은 소재를 적용하고 표면 조도를 높여 마찰력을 최소화 하여야 함.
14. 기계부품류의 화학적 도금(아연도금, 크롬도금)의 과도한 두께를 피할 것. ☞ 부품의 특정 구간의 공차가 적용된 도금 두께는 관리되어야 함. 이는 조립 불량의 원인이 되기도 함. 도금이 너무 두꺼워서 조립이 안될 경우 도금 두께를 줄이는 작업이 필요하며 이로 인해 도금이 벗겨져 부식이 촉진될 수 있음. 정밀 공차 관리가 필요한 구간은 필요시 사전에 도금 두께를 확인하여 적용하여야 함.
15. 구름 베어링에 그리스 양은 Manual 을 따라 주입할 것.
16. 필요시 마모가 발생할 수 있는 구간에 영향을 최소화 하기 위한 방진 장치를 고려할 것.
17. 정밀한 구동이 필요한 부품은 Abbe 원리(Abbe's principle E.)를 적용하여 가능한 동일선상에 위치할 것.
       ☞ 측정기와 같은 정밀 장치류의 오차 범위를 최소화 하기 위함.
18. 정밀 부품은 공차관리를 통해 부품간 조립 오차를 최소화 하여야 함.
19. LM 가이드와 같은 선형 기계 요소의 위치는 서로 균형을 이루도록 두 가이드 레일사이의 힘 중심점을 기준으로 대칭으로 배치할 것. ☞ 하중에 의한 마찰력으로 부터 균형을 유지
20. 고정밀도가 필요한 구간의 가이드 레일의 설계시 가능한 2개 이상의 가이드 레일을 고려할 것. ☞ 이송 테이블이나 소재의 크기와 중량에 따라 적절한 수량 및 형식의 가이드 레일을 부착해야 함. (제조업체 Instruction 메뉴얼을 참조)
21. 베어링의 조립 구간의 공차 관리를 통한 불일치를 최소화 할 것. ☞ 베어링 형식, 모델 별 치수, 공차를 따라 오류를 최소화 하고 정확도를 올려야 함.
22. 가이드 롤러의 정확도에 영향을 줄 수 있는 고정 나사의 사용을 금지.
23. 작업자의 자세를 합리적으로 고려할 것 ☞ 기기류의 높이는 사람의 작업 높이에 맞추어 설계하고 높이를 조절할 수 있는 높이 조절 장치가 고려되야 함. ☞ 기기류의 유지 보수시 접근성 및 작업성을 고려해야 함. ☞ 볼트는 가능한 위에서 아래 방향으로 조립될 수 있게 설계를 고려해야 함. (작업성)
24. 기계 작동 조작반 및 디스플레이는 작업자에게 적합한 위치에 있어야 하며 키는 표준품을 사용해서 동작이 쉬어야 함. ☞ 신속한 기기 동작 및 접근성을 고려하여 설계시 반영해야 하며 키는 직관성을 갖고 있는(색상분류)를 적용고려.
25. 안내 판 및 기기 대시 보드의 글자는 제 삼자가 보기에도 명확하고 쉽게 읽을 수 있어야 함.
26. 손잡의 모양과 크기는 표준품을 사용하며 합리적이어야 하며 동작 범위를 크게 하지 말 것. ☞ 불필요하게 크거나 작게 설계 하지 않고 적용 분야에 맞는 손잡이를 고려할 것.
27. 고무나 폴리에틸린 플라스틱과 같은 부품은 고온에서 사용을 피할 것.
28. 기계 가공품은 온도에 따라 늘어나고 줄어드는 것을 알아야 하며 따라서 길이기 긴 부품의 설계시 부품의 열 팽창을 고려해야 함 (예 : 철도 레일)3
29. 경화성이 높은 소재는 소재별 제한 온도를 확인해서 적용해야 하며 기준치를 초과해서 사용할 경우 경화가 촉진되어 소재의 수명이 짧아지며 기능을 상실하게 됨.
30. 용기와 같은 유체를 보관하는 장치류의 설계시 내용물을 완전히 비울 수 있는 구조의 배출 요소를 갖출 것.
31. 샤프트의 구동부의 접촉면에 마모를 피할 수 있는 구조를 고려할 것 (베어링,미케니컬 실)
32. 부식성 나사 설계를 피할 것 ☞ 이종금속 부식이라 하여 재질이 다른 나사의 체결시 부식이 촉진됨으로 이를 방지하기 위해 도금 처리 된 혹은 비 부식성 나사 설계를 고려해야 함.
33. 동관과 강관의 연결은 이종금속 부식을 촉진하므로 이를 피해 설계하거나 중간에 부식방지 요소를 고려해야 함.
34. 빠른 속도로 회전하는 회전체의 중심점이 맞아야 함. ☞ 편심을 방지해야 하며 중심을 벗어날 경우 진동, 소음을 발생하므로 이를 설계시 고려해야 함.
35. 진동이 예상되는 구간에 이를 흡수후기 위한 댐퍼 기능을 고려할 것.
36. 주조 구조물의 사용시 절단면은 가능한 단순해야 하며 움푹 들어간 곳의 설계를 피할 것.
37. 주물의 크기가 클 경우 외부 표면에 작은 돌출부를 없앨 것.
38. 주물품의 벽 두께를 가능한 균일하게 유지할 것.
39. 보스는 가능한 주물 가장자리에 배치할 것.
40. 불필요한 둥근 모서리, 모따기는 제거할 것.
41. 용접된 구간의 표면 가공은 가능한 피할 것.
42. 용접 공정을 단순화 할 것.
43. 평탄도가 요구되는 기계 가공품은 도면상에 이를 명시할 것.
44. 근접센서의 센서부의 방향이 상면을 향하도록 하는 설계를 지양할 것. ☞이물질이 적체될 경우 오작동으로 이어질 가능성.
45. 근접센서 조립부위의 내경 치수는 +0.5 이상으로 가공할 것. ☞ 근접센서 조립성 확보
46. 실린더 및 구매품(조인트, 센서, 구매용 볼트)의 나사부 PITCH 를 확인하여 조립부에 적용할 것. ☞ 실린더 및 구매품의 나사부는 가는나사를 사용하는 것이 많음. 
47. 조립품의 형상을 단순화 하여 조립성을 높일 것.
48. 가공 방법이나 표면 거칠기, 공차가 다른 부위를 개별 부품으로 분리할 것.
49. 불필요한 가공 공차 및 후처리를 포함하지 말 것.
50. 소재를 형상 가공시 가공 툴이 가공 표면에 접근이 용이할 것. ☞ 너무 깊은 홀의 가공과 같은 설계를 피해야 함. (측면 간섭부위가 있을 경우 가공 툴의 접근이 어렵거나 아예 불가능함)
51. 형상 가공시 복잡한 구조는 내측이 아닌 외측에 설계되어야 함.
52. 선번, MCT 를 통해 제작후 조립되는 구간의 위치결정핀을 적절히 반영해야 함.
53. 프레임 구조용 서포트 베이스의 접합부는 최소 5mm 이상 넓게 보스를 붙이는 설계를 고려할 것.
54. 프레임의 고정부(Anchor 자리)는 장홀 처리를 지양할 것. 
55. 프레임과 같은 제관품(용접물)의 경우 Gas 빼기 홀을 고려해야 함. 
56. 복잡한 형상의 모따기, 라운드는 제거할 것.  ☞ 레이저 가공품의 모서리는 R1~R3(크기에 따라 다름), 기계 가공품의 모서리는 C1.0~3.0(크기에 따라 다름) 을 적용. 모따기, 모깍기를 하는 이유는 외형적 완성도 외 인체적 접근시 부상을 방지하기 위한 목적도 있음.
57. 가공품의 판재 두께는 가능한 동일 두께를 고려할 것 (가공 용이성 확보)
58. 제어 및 전기 선, 공압선을 이동을 위한 Hole 가공시 Ø60~Ø80를 고려할 것 공압선과 전선의 양이 많아 질 수록 Hole 의 크기 또한 비례로 증가되어야 함. 
59. 비 원형 구조물의 설계 및 제작을 피할 것.  ☞ 비 원형 구조물을 위한 별도의 가공, 비용이 발생하므로 구조를 가능한 표준품을 적용.
60. 클램핑을 할 수 없는 부품의 설계는 피할 것. ☞ 기계 가공시 클램핑을 해야 하는데 클램핑을 할 수 없을 경우 가공 자체를 진행할 수 없음. 따라서 이러한 경우 파트를 나누거나 설계를 변경해야 함. 
61. 경사진 면의 표면 홀 가공을 가능한 배재할 것.
62. 가공시 제품의 동시 가공을 고려할 것. ☞ 스페이서와 같은 단순한 구조의 가공은 여러개의 수량을 동시에 가공할 수 있음.
63. 열처리시 표면의 두께를 가능한 일률적으로 유지할 것.
64. 담금질이 필요한 가공품의 크기는 제한이 있음.
65. 설계시 부품은 대칭 구조를 유지할 것. ☞ 도면상에서는 확인 가능하지만 비슷하게 생긴 비 대칭 구조물은 현품으로 식별이 어려울 경우가 많고 조립시 오류를 발생할 가능성이 있음. 따라서 가능한 대칭 구조로 설계하여야 설계 오류를 줄일 수 있음.
66. 열처리가 필요한 구간을 최소화 하여 변형률을 줄일 것. ☞ 전체 열처리 외, 고주파와 같은 국소 열처리를 사용하고 전체 도금 처리를 고려 
67. 도금된 강판의 표면이 거칠지 않아야 함.
68. 분해 조립이 용이하며 공간을 확보할 것. ☞ 부품의 유지보수 및 접근이 가능한 쉽게 간단한 구조로 설계되어야 하며 분해를 위한 공간이 있어야 함.
69. 표준 부품을 사용
70. 스레드 깊이에 맞는 볼트를 사용 ☞ 예를 들어 M4 볼트인 경우 가능한 2배수 이상(8mm) 이상 체결될 수 있게 유지
71. 풀림방지 너트를 활용할 것 
72. 나사에 굽힘 응력을 가하지 말 것.
73. 나사 체결방식으로 부품을 포지셔닝 하지 말 것 ☞ 정밀 기계 부품의 부품 포지셔닝은, 단차, 셋팅 핀을 사용해서 위치해야 함.
74. 적정 체결 토르크를 명시할 것.
75. 고속으로 회전하는 부품의 볼트 헤드를 튀어나오지 않게 설계.
76. 전단 볼트의 전체 길이는 충분히 길게할 것.
77. 볼트, 너트를 조립할 때 렌치를 사용할 수 있는 공간이 있는지 설계시 고려할 것.  ☞ 설계 오류로 자주 발생하는 것으로 가공품의 조립시 렌치와 같은 공구의 접근이 불가능한 구조물의 설계를 방지해야 함.
78. 카운터 보어 깊이를 증가시켜 롱볼트 사용을 지양할 것. 
79. 나사 구멍에는 카운터 보어, 카운터 싱크를 사용할 것. (외형 및 부상방지, 풀림방지)
80. 포지셔닝을 위한 셋팅 핀의 위치는 너무 가깝게 하지 말것. ☞ 부품의 길이가 길 경우 셋팅 핀은 가능한 멀리 배치해야 함.
81. 위치결정 핀이 빼기 쉬운 구조인지 사전에 확인할 것.
82. 위치결정 핀은 힘을 직접 전달하지 않지만 볼트를 도와 힘을 분산하는 역할을 함.
83. 키, 스플라인 설계시 하단 모서리의 반경이 충분히 커야 함.
84. 부품의 구조가 약한 구간에 키홈을 추가하지 말 것.
85. 스플라인의 설계시 끝 부분의 강도를 주의할 것.
86. 부품의 일치성을 확보할 것 (조립, 유지보수 효율)
87. 풀리의 직경은 표준 규격을 따르며 너무 작게 설계하지 말 것.
88. 벨트 전송 속도가 너무 낮거나 빠르게 설계하지 말 것.
89. 벨트 풀리의 중심 거리는 계산된 값을 따라 설계할 것.
90. 벨트 드라이브의 중심 거리의 조정이 용이할 것.
91. 벨트의 교체가 쉽게 설계할 것.
92. 풀리의 위치를 가능한 평행선에 위치할 것.
93. 풀리의 표면은 깨끗하게 유지할 것.
94. 고속으로 회전하는 풀리는 V홈이 있어야 함.
95. 동기식 풀리의 설치는 고정 링을 고려해야 함.
96. 체인 드라이브는 평평하게 유지되야 함.
97. 베어링 하중에 의한 장력 변화를 사전에 확인해야 함.
98. 체인 드라이버의 중심 거리는 조정이 용이할 것.
99. 슬라이딩 마찰이 있는 구간에 적용된 커플링은 윤할 조건이 유지될 수 있도록 유지할 것.
100. 고속회전 구간의 커플링은 도출부가 없을 것.
101. 샤프트의 읍력 집중을 최소화 할 것.
102. 샤프트 부품을 배치할 때 끝 부분에 칼라, 베어링을 적절히 배치.
103. 샤프트 키홈의 가공은 쉽게 설계할 것.
104. 와셔가 샤프트 조립구간에 설계한 위치에 있는지 확인할 것.
105. O-ring 의 가장 자리가 튀어 나오지 않도록 설계.
106. 그랜드 패킹에 압축력을 주기 위해 볼트가 패킹 표면에 직접적으로 닿게 설계를 하지 말 것.
107. 파이프의 배열은 조립, 분해, 검사, 유지보수가 용이하게 배치할 것.
108. 유체의 사용 용도에 맞게 배관을 분류할 것 (가스, 액체, 스팀 등)
109. 파이프 support 의 설계를 사전에 고려할 것.
110. 진동에 의해 밸브가 돌아가지 않도록 장치를 추가할 것 (LC, LO)
111. 가이드 레일의 설계시 V 레일은 적합하지 않음. (이탈 우려)
112. 작업대와 가이드 레일의 거리는 가능한 짧게 구성할 것.
113. 가이레일의 표면은 일정해야 하며 변화가 없어야 함.
114. 가이레일의 부착 부분의 강성인 높아야 함.
115. 볼 가이드 선정시 충분한 경도를 가지고 있는 요소를 선정해야 함.
116. 스프링의 설계시 인장 스프링에는 안정 장치가 있어야 함.
117. 스프링의 인장력, 자유길이를 조절할 수 있는 조정장치를 고려할 것.
118. 스프링에 응력의 집중이 발생하지 않도록 설계해야 함.
119. 위치결정 핀의 공차는 ±0.02로 관리할 것.
120. 조립시 부품 표면에 버(burr) 나 긁힘을 유발할 수 있는 이물질이 없을 것
121. 공구를 사용해서 체결요소 (볼트, 너트) 를 조립할 때 정해진 규격을 사용하여 체결요소의 표면에 손상이 발생하지 말 것.
122. 다수의 볼트를 체결할 때 십자, 대칭 방향으로 점진적으로 체결할 것.
123. 볼트는 위에서 아래 방향으로 체결할 수 있도록 설계할 것.
124. 베어링을 설치한 이후 움직임에 유연성이 있어야 하며 안정적이어야 함.
125. 주물 표면은 평평해야 하며 버 및 기타 이물질이 제거할 것.
126. 도장, 도금의 표면처리 전에 소재의 표면에 이물질이 없어야 함.
127. 도면상에 제품을 배치할 때는 여백을 최소화하고 가능한 범위내에서 꽉 차게 그려 넣는다.
128. 도면 수정이 발생한 경우 Rev. 을 변경해야 함. 
129. 부품의 설계시 운동에 의한 움직임을 고려하여 최대한 단순하게 배치하고 설계 ☞ 단방향 (왕복운동), 직선운동, 일정한 속도.
130. 선정하고자 하는 재질의 특성 파악 ☞ 강도, 중량, 부식, 열에 의한 저항, 용접 가능여부, 가공성, 전기 전도성 등. 
131. 부품을 구매하거나 선정할 때 표준 부품을 선택

 

제품설계시 고려해야 할 3지 항목

 

제품의 사용 목적에 맞는 기능을 구현하기 위한 설계가 가장 최우선되어야 하며 이후에 공학적 고려(인체공학적 설계)와 외형 설계에 주안점을 두고 설계를 접근합니다. 형상구현을 하는 과정에 있어서 설계 제품이 실제 가공이 가능한 것인지 재질은 어떠한 것을 적용해야 하는지를 함께 고려하며 환경적으로 미치는 영향에 대해서도 추가적인 검토가 필요합니다. 

제품설계시 고려해야 할 사항

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