Scotch yoke Mechanism - 스카치 요크 장치와 더블 슬라이더 크랭크 기구 + 수정

Scotch Yoke mechanism도 기구학에서 많이 나오는 장치입니다. 따지고 보면 '더블 슬라이더 크랭크 기구'라고 할 수 있는 범주에 속할 수 있기 때문에 오늘은 슬라이더 크랭크 기구, 더블 슬라이더 크랭크 기구 등을 설명하며 정리를 해보겠습니다. 보기에는 정말 직관적이고 이해하기 쉽습니다.

 

https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=412370&cid=42327&categoryId=42327 [도래 기계용어사전]

https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=411730&cid=42327&categoryId=42327 [도래 기계용어사전]

링크 A를 고정하고 링크 B(크랭크)를 회전시키면, 슬라이더 C가 슬라이더 D의 홈 속을 상하 운동하고, 슬라이더 D는 링크 A와 미끄럼 대우해서 좌우 왕복 운동을 한다.

 

http://www.ar-cad.com/images/scmotion/ScotchYokeMechanism.gif

https://i.makeagif.com/media/8-13-2015/Sb4XM4.gif

 

 

 

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저는 Scotch Yoke mechanism과 double slider crank mechanism의 차이를 잘 모르겠기에 구글에 이에 대해 검색해보았습니다. [www.quora.com/What-is-the-difference-between-slider-crank-mechanism-with-scotch-yoke]

What is the difference between slider crank mechanism with scotch yoke?

 

Abbas, A2A(온라인을 통한 답변 요청)에 감사드립니다
사실 기능적으로 요크 장치와 슬라이더 크랭크 장치는 같습니다. 부분적으로는 요크가 여러 형태로 발견되고 슬라이더 메커니즘이 요크 설계의 한 반복이기 때문입니다.
그러니 공학 용어에서는 차이가 없다고 할 수 있죠. 두 시스템 모두 장점과 단점이 같습니다.
간결한 대답이었습니다.

또한 이런 답변도 있었습니다. 솔리드 웍스를 통해 시뮬레이션 결과를 보았을 때의 보고서를 보겠습니다.

 

 

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staffweb.itsligo.ie/staff/sdalton/ME3-labs/Slider-crank-skotch-yoke-comparision-2013.pdf

이 보고서의 핵심적인 결론부는 요컨대 이 부분이었습니다.

○ 스카치 요크 메커니즘은 회전 이동에서 선형 이동의 형태로 이동을 변환하거나, 슬롯에서 이동하는 핀을 사용하여 선형 이동으로 변환하는 메커니즘입니다. 
○ 슬라이더 크랭크(slider crank)는 진동 링크 또는 커넥팅 로드를 사용하여 선형에서 회전 운동을 변환하는 메커니즘입니다.

○ 스카치 요크 메커니즘은 사인파와 같은 완벽한 단순 조화 운동을 생성합니다. 속도와 가속도는 변위 시간 곡선의 유도체이기 때문에 이 그래프들은 또한 완벽한 파형을 가지고 있습니다. 
○ 슬라이더 크랭크 메커니즘은 움직임을 발생시키며, 이는 완벽한 단순 고조파 모션을 약간 왜곡시킵니다. 이는 커넥팅 로드가 각도에 있을 때 축 방향 측정 시 중심 거리가 효과적으로 감소하기 때문입니다. 속도 및 가속도 그래프의 해당 왜곡이 있습니다.

말이 길지만 정확히는 어떠한 차이인지 이거 또한 눈으로 보여드리겠습니다.

https://www.youtube.com/watch?v=FEIbfh4yoM0

위 동영상의 그래프에 위치(displacement), 속도(velocity), 가속도(acceleration)의 변화하는 양상을 관찰할 수 있습니다.변위, 속도, 가속도 간의 Sin 곡선과 단순한 움직임의 차이와 수학적 차이를 눈으로 볼 수 있습니다.

원리로는 완전히 같으나 어떠한 이유로 인해 Sin 곡선을 이루는 변위, 속도, 가속도 값을 가져야 한다면 Scotch Yoke 방식을 쓸 수도 있다는 것으로 이해하면 될 듯합니다.

이러한 임의의 운동을 하는 질점의 가속도가 변위에 비례하고 음(-)의 부호를 가질 때 단진동(Simple harmonic motion)을 한다고 합니다. 그러니 정확한 단진동현상이 필요하는 기구에서 필요한 원리라고 말해도 좋을 듯 합니다.

이러한 특성뿐만 아니라 장기적인 내구성, 제작 시의 간편성에 따라 어떤 것을 선택할지 고른다고 합니다.

Scotch Yoke mechanism은 위의 특성 때문에 공압 밸브 액추에이터뿐만 아니라 다양한 분야에 사용된다고 합니다.

https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=5810669&cid=60217&categoryId=60217

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오늘은 조금 난해한 주제에 대해 다루어 보았습니다. 솔직히 별 차이가 없을 줄 알았는데 아예 곡선 자체가 달리 그려질 만큼 차이가 있다는 것은 충격적입니다. 얼마나 힘의 손실과 이득이 저 안에서 이루어 질지 가늠조차 가지 않습니다.

이번 메커니즘도 굉장히 단순하게 핀터레스트에서 본 짤로 검색을 시작해본 것인데 재밌었네요. 또한 단순하게 알아보고나서 기구학개론을 통해 더 조사하니 놀라운 정리가 된 것 같습니다.

제가 이번에 참고한 책은 "기구학개론 기초에서 응용까지 장승호 저" 입니다.

또 다른 메커니즘 준비해보겠습니다.

긴 글 읽어주셔서 감사합니다.

 

오늘 추천드릴 블로그는 'MD아빠' 님입니다.

blog.naver.com/cybbiggu/222117150926

[M18 모형] 회전하면서 직선으로 움직이는 평면운동을 만드는 방법 [고정 슬라이더 크랭크 물펌프

이번 게시글과 연관성이 있는 게시글을 첨부합니다. 저처럼 기구학 관련해서 흥미를 가지시는 분이 한번 봐보시면 도움이 되실 듯 합니다.