E1I4 - 편집 역사

Mat248: /* 향후계획 */

2024-12-19T13:27:44Z

‎향후계획

Mat248: /* 구성원 및 추진체계 */

2024-12-19T13:26:50Z

‎구성원 및 추진체계

Mat248: /* 향후계획 */

2024-12-19T12:23:07Z

‎향후계획

Mat248: /* 완료작품의 평가 */

2024-12-19T12:22:47Z

‎완료작품의 평가

Mat248: /* 관련사업비 내역서 */

2024-12-19T12:21:15Z

‎관련사업비 내역서

Mat248: /* 프로토타입 사진 혹은 작동 장면 */

2024-12-19T12:18:53Z

‎프로토타입 사진 혹은 작동 장면

Mat248: /* 상세설계 내용 */

2024-12-19T12:15:36Z

‎상세설계 내용

Mat248: /* 이론적 계산 및 시뮬레이션 */

2024-12-19T12:14:03Z

‎이론적 계산 및 시뮬레이션

Mat248: /* 이론적 계산 및 시뮬레이션 */

2024-12-19T12:12:31Z

‎이론적 계산 및 시뮬레이션

Mat248: /* 이론적 계산 및 시뮬레이션 */

2024-12-19T12:12:09Z

‎이론적 계산 및 시뮬레이션

@@ 295번째 줄: / 295번째 줄: @@
 ◇ 범퍼에 피스톤을 추가하고, 원하는 길이의 스프링으로 교체한다.
-◇ 범퍼가 눌리는 힘을 브레이크에 더 잘 전달할 수 있는 방법을 고안한다.
+◇ 범퍼가 눌리는 힘을 브레이크에 더 잘 전달할 수 있는 방법을 고안한다. 힘 방향을 바꿀수 있는 방법을 고안한다.
 ◇ 브레이크 부분의 내구도를 보완하여 반복적인 사용에도 탈락하지 않게 만든다.
 ◇ 실제 사용을 고려하여 심미적인 부분을 보완한다.

@@ 126번째 줄: / 126번째 줄: @@
 김원찬 : 상세 설계안 제시 및 작업 수행, 충돌방지 관련 자문
-류성용 : 기본적인 설계방향에 대한 전체적인 틀을 제시, 및 부피가 큰 물품 구매
+류성용 : 기본적인 아이디어 제시 및 상세 설계안 제시 및 작업수행
 공통사항 : 아이디어 구체화 및 재료 선정, 제작 시연 및 평가, 프로젝트 관련 서류 작성

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293번째 줄:		293번째 줄:

	===향후계획===		===향후계획===
−	내용	+	◇ 범퍼에 피스톤을 추가하고, 원하는 길이의 스프링으로 교체한다.
		+
		+	◇ 범퍼가 눌리는 힘을 브레이크에 더 잘 전달할 수 있는 방법을 고안한다.
		+
		+	◇ 브레이크 부분의 내구도를 보완하여 반복적인 사용에도 탈락하지 않게 만든다.
		+
		+	◇ 실제 사용을 고려하여 심미적인 부분을 보완한다.

@@ 290번째 줄: / 290번째 줄: @@
 ===완료작품의 평가===
-내용
+[[파일:완작평.png]]
 ===향후계획===
 내용

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285번째 줄:		285번째 줄:

	===관련사업비 내역서===		===관련사업비 내역서===
		+	[[파일:내역서내역서.png]]
		+
	[[파일:지출서.png]]		[[파일:지출서.png]]

@@ 278번째 줄: / 278번째 줄: @@
 ===완료 작품의 소개===
 ====프로토타입 사진 혹은 작동 장면====
-내용
+[[파일:카트사진1.png]]
 ====포스터====
 [[파일:종합설계 포스터.jpg|600픽셀]]

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257번째 줄:		257번째 줄:

	[[파일:바퀴부착.png]]		[[파일:바퀴부착.png]]
		+
		+
		+	◇ 쇼핑카트 구조에 따른 조정
		+
		+	브레이크 선은 앞바퀴의 브레이크 패드 움직임을 조정하는 중추 역할을 하고 있으며 브레이크 선의 밀고 당김 정도에 따라 쇼핑카트의 이동이 좌우된다. 이때 이러한 브레이크 선은 결국 차체 전면부에 위치하는 범퍼에 연결되어 있기에 결국 범퍼의 위치 및 차체 전체의 크기를 고려하여 브레이크 선의 위치를 관리해주어야 할 것이다. 또한 앞바퀴에 있는 브레이크 패드를 당기기 위해선 뒤쪽으로 힘을 보낼 수 있는 구조가 되어야 하기에 결국 브레이크 선은 앞바퀴, 범퍼, 쇼핑카트 뒤쪽 모두를 거쳐 그 위치가 고정되어야 한다. 이럴 경우 어쩔 수 없이 쇼핑 카트 공간을 침범할 수밖에 없는데 이는 소비자 입장에서 카트 사용의 장애물로 작용할 수 있으며 운행 시의 불편함을 유발하는 문제 외에도 내부 공간에 제약이 될 수 있다는 문제를 야기하게 되는 것이다. 결국 이 문제를 해결하기 위해선 측면부의 공간 또는 카트 하단 쪽의 빈 공간을 이용하는 방법이 최선이다. 본 과제에서 사용하는 모형 카트 및 다른 대부분의 카트의 경우 하단 바퀴 쪽은 카트 간의 결합을 생각해 카트 상단의 측면 공간보다 작은 너비의 최소한의 너비와 여유 공간을 확보해야 하는 반면 바퀴위의 공간은 결합 간의 제약을 고려할 필요 없이 뻥 뚫린 구조이기에 상대적으로 활용 가능한 여유 공간이 많다 따라서 이 공간을 활용해 선을 고정시켜주는 장치를 설치하는 것이 가장 효율적인 방법이 된다는 결론에 도달하게 된다.

@@ 174번째 줄: / 174번째 줄: @@
 '''용수철 기판 무게 계산, 강도, 브레이크 줄 당기는 힘'''
 카트가 충돌했을 때의 충격량, 그때의 용수철의 신축력 및 탄성력, 브레이크 줄이 얼마나 당겨지며 그때 필요한 힘, 용수철이 아크릴 판의 무게를 견딜 정도의 힘 등의 여러 요소를 고려하여 필요한 제품을 준비해야 하고 상황에 맞게끔 줄의 위치나 판 부착 위치 등을 조정해야 할 필요가 있다.
 먼저, 용수철이 아크릴 판을 견디는 힘에 대한 계산이다. 시중에 나오는 아크릴 판의 경우 밀도가 약 1.19 g/cm³ (또는 1190 kg/m³)인데 본 설계에서 용수철이 견뎌야할 아크릴 판의 크기는 가로*세로*두께가 35*25*0.5 cm 이다. 이를 이용해 아크릴 판의 무게를 계산하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다.
 m(아크릴 판의 무게)=ρ⋅(가로⋅세로⋅두께), m=1.19g/cm^3 ⋅(35cm⋅25cm⋅0.5cm)=521.9g=0.522kg  중력을 고려하면 F weight =m⋅g=0.522kg⋅9.81m/s^2 =5.12N 즉, 5.12 N 이상의 힘을 제공할 수 있는 용수철을 선택해야 한다. 용수철의 복원력은 F=k⋅x(용수철의 변형길이)이며 브레이크 선의 당기는 정도를 고려하면 x=2cm정도의 값이 필요하다. 따라서 5.12/0.02=256N/m의 힘이 필요해지는데 현재 시중에 있는 용수철의 상수는 보통 40~50N/m이므로 이를 사용한다 가정하면 N=256/40~50 = 약 5개에서 6개의 용수철을 병렬로 연결해주어야 할 것이다. 만약 용수철을 붙일 여분의 공간이 부족하다면 제품에 명시된 용수철 상수 등의 사양을 고려하여 다른 제품을 준비해 주어야할 것이다.
 다음으로는 브레이크 선을 잡아당길 수 있는 힘에 대한 계산이 필요하다. 해당 과제에서 사용하는 용수철의 상수는 위에서 임의로 설정한대로 50N/m이라 했을 때 브레이크 선의 장력은 T=F=k⋅Δx (당김 거리)로 계산이 가능해진다. 이때의 당김거리는 앞바퀴의 너비를 고려하여 브레이크 패드가 걸리게끔만 설정해주면 되기에 당김거리는 2cm로 설정한다면 브레이크 선을 2cm 움직이는 데 필요한 힘은 약 10N이 될 것이다. 물론 여기에는 선이 어떠한 방향으로 이어져 있는지 연결되어 있는 부분의 위치는 어디이며 무게는 얼마인지 등의 변수도 고려해야 하기에 이론적인 값만을 계산해놓고 실제로는 위치를 이리저리 조정해보며 2cm라는 당김거리를 충족하는 지점을 찾는 과정이 수반되어야 한다.
 범퍼 무게로 인한 용수철의 처짐 현상을 방지하기 위한 이론적 계산 역시 필요하다. 본 과제에서는 처지는 구조를 지지하는 역할로써 고무줄을 이용해주었는데 이때 필요한 줄의 길이, 인장력 등에 대한 충분한 계산이 선행된 후 적합한 고무줄 제품을 고르고 적절한 부착 위치를 찾은 후에 실제 제작 과정에 도입되어야할 것이다.
 먼저, 필요한 줄의 장력에 대한 계산 과정을 우선순위로 잡을 필요가 있다.
 먼저 ,카트와 범퍼를 합한 총질량이 15kg, 충돌 속도를 2m/s, 충격 시간을 대략 1s로 설정하였을 때 쇼핑카트 내에서 발생되는 최대 충격력은𝐹=120N으로 계산된다. 이때 본 과제에서 범퍼를 지탱하는 줄은 가운데 기준 좌, 우 측면에 각각 한 개씩 설치하여 총 2개를 사용해줄 계획이므로, 각 줄이 지탱해야 할 힘은 60N이며, 줄의 각도는 각각 90도로 가정하면 이때의 장력(T)는 60/sin(90)으로 약 60N으로 나타나는 것을 알 수 있다.
 본 과제에서 사용되는 줄의 허용 인장 강도는 제품 사양 상으로 100MPa라 명시되어 있으며 그 단면적이 1 mm^2 허용 인장력은 100N으로 계산이 된다. 이는 위에서 기존에 계산한 장력  60N보다 큰 값이기에 이론적 기준치에서 충분히 안전한 사양의 제품이라 말할 수 있으며 실제 제작에서의 여러 변수를 고려하였을 때도 하중을 지지하는 데에는 충분한 사양이라 판단된다. 그외에도 용수철 상수를 500 N/m이고 줄의 변형 길이를 0.02m(브레이크 선이 패드를 맞닿게 하는데 필요한 당김거리)로 가정하면 용수철이 흡수하는 에너지는 0.1J로 계산되어 충격 완화 성능도 만족할 수 있는 것으로 파악한다.
@@ 190번째 줄: / 195번째 줄: @@
 카트 주행 중 범퍼가 눌렸을 때, 차체가 충격을 받았을 때의 브레이크의 작동여부를 확인하는 과정 및 전체적 시스템의 작동효율, 내구성을 시험하고 파악하는 과정이 필요하다. 우선 정속으로 카트를 주행하고 있다고 가정했을 때 범퍼에 충격이 가해져 범퍼가 용수철 끝까지 압축이 되어버린 상황에서 브레이크 패드가 어느 정도의 거리까지 당겨질 수 있는지를 확인함으로써 제동 여부 가능성을 점쳐야 하며 어느 정도의 충격하중을 견딜 수 있는지 등에 대한 시뮬레이션이 필수이다.
 따라서 아래와 같은 여러 차례의 시뮬레이션을 행하는 것이 본 설계에 있어서의 기본적인 사항이라 판단하였다.
 첫 번째로 충격 흡수 시뮬레이션에서는 다양한 충격 속도와 무게 조건에서 범퍼와 용수철의 성능을 평가하는 과정이 주로 이루어져야 한다. 본 과제에서 사용된 쇼핑카트와 똑같은 무게의 물체를 같은 속도로 충돌시켰을 때의 결과, 연결고리로 자리하는 용수철이 범퍼 사이 거리 및 처짐 정도에서 원형과 거의 유사하게 유지하는 모습을 모였으며. 또한, 충격 후 용수철이 1초 이내로  빠르게 복원되어 시스템의 내구성과 반복 사용 가능성을 확인할 수 있었다.
 브레이크 작동 시뮬레이션에서는 범퍼가 카트 안쪽 방향으로 밀릴 때 브레이크 선의 움직임이 정확하게 제동 장치로 전달되는지를 확인했으며, 충돌 후 제동 거리는 평균 0.8m 정도로 측정이 되었다. 이는 기존 설계 목표인 1m 이하를 충분히 충족하며, 브레이크 시스템의 안정성과 반응 속도가 우수하다는 점을 보여주는 지표가 된다.
 다음으로 구조적 강도 분석을 위해 쇼핑카트 각 부품에 다각도 방향에서 팬치 등의 도구로 충격을 가해주는 실험을 행했다. 그 결과, 범퍼와 용수철, 프레임 등 모든 구성 요소가 반복적인 충격과 하중에도 구조적 손상 없이 안정적으로 제 기능을 수행하는 것으로 나타났다. 주요 부품의 수명이 설계 기준을 초과하는 모습을 보여, 장기적인 내구성과 신뢰성을 확보할 수 있었다. 다만, 앞바퀴 하단 돌출부(지지대)의 경우엔 다른 부품과는 달리 내구성 측면에서 굉장히 취약한 모습을 보였다. 따라서 해당 결과를 토대로 돌출부 지지구조에 관해선 더 견고한 소재의 재료를 사용하거나 구조적인 개선이 필요할 것으로 판단되었다. 이의 해결책 관련으로 우선 기존의 돌출부 소재에서 기계적 강도가 크게 향상되는 금속 재질을 사용하여 지지대를 형성하는 것이 더 적합하고 중요할 것이라 판단된다.
 마지막으로, 전체 시스템 동작 시뮬레이션에서는 모든 구성 요소가 매끄럽게 연동이 되어 기존의 목표였던 완충 작용과 충돌 시의 브레이크 작동 과정을 원활히 이루어 내는 모습을 보였다. 본 설계에서 사용된 쇼핑카트의 최소 1.5배 정도 되는 무게의 물체와 부딪혔을 때도 원형의 상태를 유지하였으며 그때의 범퍼 움직임은 브레이크 선을 당겨 제동을 걸기에 충분한 거리와 힘을 제공해주는 것으로 파악되었다. 그 외 시스템의 동작 효율 측면에서 특별한 설계 간섭이나 비효율적인 동작은 발견되지 않았다.
 이와 같은 시뮬레이션 결과는 설계가 충돌 완화 및 제동 기능을 안정적이고 효율적으로 수행할 수 있음을 입증하며, 실제 제작 및 시험에서도 기대 성능을 충분히 달성할 가능성을 높여주기에 충분하다. 이렇듯 본 과제물의 안전성과 실용성을 확인하는 과정을 거쳐 최종 설계의 완성도를 높이는 데 기여할 수 있다.