와이퍼 구동으로 4절 기구의 일종인 크랭크-로커 기구가 후보로 제시될 수 있다. 승용차 윈도우와 세척 와이퍼 그림2. 아래의 그림 4에 크랭크-로커 기구를 표시하였다. 구체적으로 구동 시스템은 4절 기구의 일종인 크랭크-로커 기구를 이용하여 구성될 수 있다. 그림1.L2 식 (1)과 (2)에 관련된 삼각형을 다음의 그림6에 나타내었다. 그러므로 그림1에 표시한 운전자 영역에 비중을 높이고 동승자 영역은 어느 정도 비중을 줄일 필요가 있다. 그리고 승용차의 유리창 세척장치인 와이퍼는 기구가 전진할 때와 후진할 때 모두 작동하므로 불평형각도는 β = 0 으로 설정될 수 있다. 다음의 그림2는 기존 차량에 도입된 단일 와이퍼 시스템을 나타내고 있다. 승용차의 와이퍼는 180도 회전구동을 위해서 1 : 2 확장용 기어를 사용하고 있으므로 크랭크-로커 기구에서 로커는 90도만 요동하면 된다. 람보르기니 1979년형 대부분 승용차의 전면 유리창을 닦는 장치인 와이퍼로 그림1과 같이 2개의 브러시를 사용하는 시스템이 주류를 이루고 ......
공학 자료 기구설계학 설계과제자동차 와이퍼 - 용차 윈도우 단일 와이퍼용 4절 기구 설계 자료
[공학]기구설계학 설계과제[자동차 와이퍼 - 용차 윈도우 단일 와이퍼용 4절 기구 설계]
기구설계학
용차 윈도우 단일 와이퍼용 4절 기구 설계
1. 설계 목표
2. 설계 사양
3. 설계 과정
4. 설계 결과
설계목표
기존에 주류인 이중 와이퍼 시스템을 단일 와이퍼 구동용 4절 기구를 설계하고자 한다.
그림1. 승용차 윈도우와 세척 와이퍼 그림2. 람보르기니 1979년형
대부분 승용차의 전면 유리창을 닦는 장치인 와이퍼로 그림1과 같이 2개의 브러시를 사용하는 시스템이 주류를 이루고 있다.
본 과제에서는 기존에 주류인 이중 와이퍼 시스템을 단일 와이퍼 시스템으로 구성하고자 한다. 단일 와이퍼 시스템은 와이퍼 구동계를 간단히 할 수 있는 장점이 있으며, 그에 따른 신뢰성 및 유지 보수비용 절감을 꾀할 수 있다.
단일 와이퍼 시스템은 기존에 몇몇 고급 차량에 도입되고 있다. 다음의 그림2는 기존 차량에 도입된 단일 와이퍼 시스템을 나타내고 있다.
그림2에서 예로 든 차량은 ...
기구설계학
용차 윈도우 단일 와이퍼용 4절 기구 설계
1. 설계 목표
2. 설계 사양
3. 설계 과정
4. 설계 결과
설계목표
기존에 주류인 이중 와이퍼 시스템을 단일 와이퍼 구동용 4절 기구를 설계하고자 한다.
그림1. 승용차 윈도우와 세척 와이퍼 그림2. 람보르기니 1979년형
대부분 승용차의 전면 유리창을 닦는 장치인 와이퍼로 그림1과 같이 2개의 브러시를 사용하는 시스템이 주류를 이루고 있다.
본 과제에서는 기존에 주류인 이중 와이퍼 시스템을 단일 와이퍼 시스템으로 구성하고자 한다. 단일 와이퍼 시스템은 와이퍼 구동계를 간단히 할 수 있는 장점이 있으며, 그에 따른 신뢰성 및 유지 보수비용 절감을 꾀할 수 있다.
단일 와이퍼 시스템은 기존에 몇몇 고급 차량에 도입되고 있다. 다음의 그림2는 기존 차량에 도입된 단일 와이퍼 시스템을 나타내고 있다.
그림2에서 예로 든 차량은 1979년형 람보르기니로 전면 유리창의 외곽선이 거의 삼각형을 이루고 있으므로 단일 와이퍼 시스템이 유리창을 지나가는 반원 형태의 궤적과 잘 대응되는 특징을 갖고 있다.
그림1
그림2
설계 사양
단일 와이퍼를 사용하여 주어진 면적의 윈도우를 효과적으로 세척하기 위해서 다음의 그림3과 같은 준준형 자동차의 전면유리창 사이즈를 선정한 후 전체적인 4절 기구를 그림4와 같이 적용하도록 한다.
그림3. 준중형 자동차의 전면유리창
그림.4 4절 기구를 이용한 단일 와이퍼 선정
본 과제에서 대상으로 선정한 차량은 그림1과 같이 전면 유리창의 외곽선의 거의 사각형을 이루고 있으므로 단일 와이퍼 시스템이 유리창을 지나가는 반원 형태의 궤적으로는 적절히 대응되지 못하는 특징을 갖고 있다. 그러므로 그림1에 표시한 운전자 영역에 비중을 높이고 동승자 영역은 어느 정도 비중을 줄일 필요가 있다. 본 과제에서는 다음의 그림3과 같은 내부 구동 시스템을 채택하였다. 와이퍼 구동 원천은 전기 모터를 이용하며, 와이퍼 구동으로 4절 기구의 일종인 크랭크-로커 기구가 후보로 제시될 수 있다. 이 때, 승용차 와이퍼는 종동절이 약 180도를 회전해야 되는 반면에 로커의 동작범위는 실용적으로 180도에 근접될 수 없다. 그러므로 그림3과 같이 Gear #1과 Gear# 2 를 이용하여 로커는 Gear #2 를 90도 정도만 구동하고 실제로 유리창을 청소하는 출력부의 동작각도 범위는 2배로 확장되도록 Gear #1 에부착되어 180도 정도로 구동된다.(Gear #1 : Gear #2 = 1 : 2)
설계 과정
단일 와이퍼의 구동 시스템은 기존의 와이퍼 시스템과 동일하게 4절 기구를 기본으로 구성된다. 구체적으로 구동 시스템은 4절 기구의 일종인 크랭크-로커 기구를 이용하여 구성될 수 있다. 이 때, 로커의발생각도 범위는 90도로 주어진다. 그리고 승용차의 유리창 세척장치인 와이퍼는 기구가 전진할 때와 후진할 때 모두 작동하므로 불평형각도는 β = 0 으로 설정될 수 있다.
승용차의 와이퍼는 180도 회전구동을 위해서 1 : 2 확장용 기어를 사용하고 있으므로 크랭크-로커 기구에서 로커는 90도만 요동하면 된다. 아래의 그림 4에 크랭크-로커 기구를 표시하였다.
그림5 와이퍼 구동장치의 4절 기구로 등가
그림5 에서 극한위치 C1 과 C2 를 고려하도록 한다. 일반적으로 승용차 와이퍼는 와이퍼 기구가 진행할 때 와 후퇴할 때 모두 유리창이 세척되므로 진행과 후퇴의 속도가 동일한 것이 바람직하다. 그러므로 불평형각도는 β = 0 이 되어야 한다. 크랭크-로크 기구가 극한위치에 있을 때, 그 위치 C1 , C2 , B1 , B2 ,그리고 구동절의 회전중심 A 는 일직선 위에 존재하게 된다. 크랭크-로커 기구가 좌측의 극한위치 C2 에 있을 때, L3 과 L2 는 완전히 펼쳐져 있으므로 다음과 같은 관계가 성립한다.C2A= L3+L2 (1)또한, 크랭크-로커 기구가 우측의 극한위치 C1 에 있을 때, L2 는 L3 에 겹쳐져 있으므로 다음과 같은 관계가 성립한다.
C1A= L3.L2 식 (1)과 (2)에 관련된 삼각형을 다음의 그림6에 나타내었다.
좌측 한계위치
우측 한계위치
그림.6 크랭크-로커 기구의 각 한계위치에 해당하는 삼각
크랭크-로커 기구의 와이퍼 적용
승용차의 전면 유리창을 세척하는 용도의 와이퍼는 단순히 세척기구가 전면 유리창을 왕복 운동하는 기능을 갖고 있다. 앞에서 제시한 대로 180도를 왕복 운동하는 경우 그림3과 같이 와이퍼는 전면 유리창을 대칭으로 세척하고 있다. 이 경우 운전자가 시야를 확보하는 것에는 문제가 없지만 전면 유리창의모서리 부분과 상단부분은 세척되지 않는 상황이 발생할 수 있다.
이러한 문제점을 개선하기 위해서는 종동절과 . 본 설계 과정을 좀 더 확장하여 다음의 그림7과 같이 복합 기구를 사용하여 세척 와이퍼가 좀 더 넓은 영역을 지나갈 수 있도록 기구를 만들 수 가있다.
그림.7 복합 기구를 채용한 단일 와이퍼 시스템의 희망 궤적
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