자전거의 기계적 요소들

자전거 기계 요소

1. 기계와 생활 - 기계 요소, 기계, 기계의 구성

기계 요소

기계에 공통적으로 사용되고 있는 부품

너트, 볼트, 나사, 기어

기계

기계 요소들이 사람의 손이나 동력장치를 이용하여 

어떠한 상호작용으로 작업을 하게 되는 것

선풍기, 세탁기

※ 기계의 정의 4가지

① 여러 개의 부품으로 구성

② 외부 힘에 견디는 강도

③ 부품들이 상호작용

④ 에너지를 공급받아 유용한 일을 한다.

기계의 구성

동력을 받아들이는 부분

동력을 다른 곳으로 전달하는 부분

동력을 이용하여 일을 하는 부분

고정하거나 받쳐주는 부분

※ 기계의 발달

나무,

돌

→

지렛대,

쐐기,

축과 바퀴

→

방적기,

방직기

→

증기

기관

→

수송

기계

→

내연

기관

→

컴퓨터

2. 자전거의 구성

3. 자전거 각부 명칭

핸들 부분

핸들스템

앞바퀴 부분

앞포크

변속레버

스포크

핸들그립

타이어

핸들바

앞허브

핸들 포스트

허브축

브레이크 레버

발전기

브레이크 와이어

공기밸브

페달 부분

스프로킷

뒷바퀴 부분

뒷변속기

받침대

페달

림

크랭크

크랭크축

기타

안장

몸체 파이프

체인

            허브와 허브축                          스프로킷

4. 자전거 각부의 구조

차체 부분

자전거의 몸체 부분

포크, 몸체 파이프

동력 전달 부분

페달을 돌려서 생긴 동력(힘)을

기계축에 전달하려는 부분

페달, 크랭크, 크랭크축,

스프로킷, 체인, 허브축

제동 부분

자전거를 멈추게 하는 부분

브레이크, 브레이크 레버,

브레이크 와이어

차륜 부분

자전거 바퀴 부분

림, 스포크, 타이어

조향 부분

자전거 방향을 조절하는 부분

핸들, 핸들 포스트

기타 부분

안장, 받침대

5. 자전거의 동력 전달 과정  (8단계)

발의 힘

→

페달

→

크랭크

→

큰 스프로킷

→

체인

→

작은 스프로킷

→

뒷바퀴

→

주행

6. 자전거의 제동 과정 (5단계)

손

→

브레이크

레버

→

브레이크

와이어

→

브레이크

→

정지

         ※‘브레이크 레버’를 놓으면 ‘레버’ 밑에 있는 

            ‘스프링’에 의해 원상태로 돌아간다.

7. 자전거의 기계 요소 - 결합용, 축용, 전동용, 관용, 완충용, 제동용 

결합용 기계 요소

2개 이상의 기계 부품을 결합할 때 쓰이는 것

나사, 볼트, 너트, 핀, 키

나 사

나사선을 따라 홈을 판 것.

나사의 구조

나사선

직각삼각형 종이를 원통에 감았을 때 

그 빗변이 만드는 선

나사산

나사에서 볼록 나온 부분

나사골

나사에서 오목 들어간 낮은 홈 부분

피치

나사산에서 바로 그 다음 나사산까지의 거리

나사의 종류

나사산의 모양에 따라

삼각 나사, 사각 나사, 둥근 나사,

사다리꼴 나사

죄는 방향에 따라

오른나사, 왼 나사

나사산의 위치가 원통의 내면이냐 또는 외면이냐에 따라

수나사 (볼트)와 암나사 (너트)

※ 나사의 사용 보기

- 삼각나사 : 기계, 부품 결합용 (볼트, 너트)

- 사각나사 : 동력힘 전달용 (잭, 프레스)

- 사다리꼴 나사 : 동력운동 전달용 (선반의 리드)

- 둥근나사 : 이물질이 들어가기 쉬운 경우 (전구 소켓)

 

핀

큰 힘이 걸리지 않는 부품을 

고정하거나 풀림을 방지하는데 사용

핀의 종류

평행 핀

굵기가 일정하다

테이퍼 핀

끝이 점점 가늘어진다

분할 핀

핀을 꽂은 다음 

끝을 벌려서 빠지지 않도록 할 수 있다.

키

벨트 풀리, 기어, 핸들 등을 축에 고정시켜

회전력을 전달하는 기계 요소

기어나 벨트 풀리에는 키가 들어갈 자리인 키자리를 만들고,

축에는 키홈을 파서 그 사이에 키를 박아

두 부품을 고정시킨다.

축용 기계 요소

축부분에 사용

축, 베어링

축

기어, 바퀴, 풀리 등과 같은 기계 부품이 회전할 때,

중심 역할을 하는 기계 요소

축의 종류

차축 (자전거 허브축)

바퀴만 회전한다

전동축 

(자전거 크랭크축)

축과 바퀴가 고정되어 함께 회전한다

크랭크축 

(내연 기관 크랭크축)

왕복 운동을 회전 운동으로 바꿔준다

(자동차 엔진에 이용)

차축                   전동축               크랭크축

베어링

축을 받쳐 주는 기계요소

축의 마찰을 적게 해주는 역할

베어링의

종류

미끄럼 베어링

면 접촉을 하는 베어링

구름 베어링

볼 베어링

점 접촉을 하는 베어링

롤러 베어링

선 접촉을 하는 베어링

전동용 기계 요소

운동이나 동력을 다른 부분으로 전달하는 데 사용

마찰차, 기어, 캠, 링크, 벨트, 체인

마찰차

두 개의 바퀴를 접촉시켜, 그 접촉면에서 발생하는

마찰력을 이용하여 동력을 전달하는 장치.

마찰차 전동은 약간의 미끄럼이 있어 

확실한 전동이나 큰 전동에는 부적합

자전거의 발전기에 사용

기어

마찰차의 접촉면에 이를 만들어 한 쌍의 이가 

서로 맞물려 동력을 전달할 수 있도록 한 기계 요소

기어의 잇수에 따라 회전수를 바꾸고,

두 축이 평행하지 않아도 회전을 확실하게 전달

두 축 사이의 위치와 이의 모양,

회전방향, 속도비 등에 따라 기어를 분류한다.

기어의 종류

평 기어

두 축이 평행

진동과 소음이 많음

시계, 선반, 

내연기관 등

헬리켈 기어

두 축이 평행

진동과 소음이 적음

자동차 변속 장치 등

베벨 기어

두 축이 직각으로 만남

핸드 드릴, 

자동차 구동 장치 등

웜과 웜 기어

두 축이 교차되지 않음

회전 속도를 크게 낮출 경우 사용

감속 장치 등

캠

회전 운동을 직선 운동이나 왕복 운동으로 바꾸어 주는 

기계 요소

접촉 부분에 따라 분류 - 평면 캠, 입체 캠

캠의 종류

평면 캠 (평면 운동)

판 캠

입체 캠 (입체적인 운동)

원통 캠, 구면 캠

링크

몇 개의 가늘고 긴 막대를 핀으로 연결하여 

여러 가지 다른 운동을 하도록 꾸며진 운동 전달 장치

자전거

다리의 상하운동 → 큰 스프로킷을 회전운동

자동차 엔진

피스톤의 직선 왕복 운동 → 크랭크축을 회전

체인

체인을 스프로킷의 이에 하나씩 물려 동력을 전달하는 장치

롤러 체인과 사일런트 체인

기어 전동에 비해 두 축 사이의 거리가 멀다

큰 동력을 효율적으로 전달할 수 있으나

소음과 진동을 일으키기 쉬워, 고속회전에는 적합하지 않다.

벨트

벨트와 두 축의 벨트 풀리에 의하여 동력을 전달하는 장치

평 벨트와 V 벨트

정확한 회전비나 큰 동력의 전달에는 적합하지 않다.

사용보기

기어 전동이나 마찰차 전동

동력을 전달하는 두 축 사이의 거리가 비교적 멀 때

관용 기계 요소

기체나 액체를 수송할 때 사용

관, 관이음, 밸브

관

가스, 물, 기름 등의 유체를 수송하는 통로

사용하는 재료에 따라

강관, 주철관, 구리관, PVC관

관을 서로 연결하거나 방향을 바꿀 경우에는 

엘보, 크로스, 티, 유니언 등의 관이음쇠를 사용

밸브

가스, 물, 기름 등의 흐르는 양을 조절하거나 

방향을 바꾸어 주는 기계 요소

글로브 밸브, 단속 밸브, 체크 밸브, 콕

완충용 기계 요소

물체의 탄성을 이용하여

외부의 충격이나 진동을

줄여주는 데 사용

스프링

스프링

물체의 탄성을 이용하여 

외부의 충격이나 진동을 줄여 주는 기계 요소

코일 스프링

자전거

판 스프링

자동차

제동용 기계 요소

운동 속도를 감소 또는 정지

브레이크

브레이크

기계의 운동을 마찰력에 의하여 

속도를 줄이거나 정지시키기 위해 사용되는 기계 요소

블록 브레이크

자전거의 앞바퀴와 뒷바퀴에 사용

띠 브레이크

자전거의 뒷바퀴와 

자동차의 수동브레이크에 사용

8. 자전거의 정비와 수리

정비용 공구

육각 렌치 세트

핸들과 앞포크의 방향이나 높이를 조정할 때

오픈 엔드 스패너 세트

페달에 결합되어 있는 육각볼트나

 각종 볼트를 분해할 때

드라이버 세트

나사를 조립하거나 분해할 때

렌치

볼트나 너트를 죄거나 푸는 데 사용

플라이어

잡거나 구부리거나 자르거나 할 때 사용

패치 키트

펑크 수리

9. 자전거의 일상 점검과 정비

점검

조정

핸들

핸들이 풀리지 않았는 지

앞포크의 나사를 돌려 조정

타이어

공기압이 충분한 지

펌프로 공기를 넣어 조정

안장

안장의 높이가 적절한 지

안장 조절 레버를 돌려 조정

체인

체인이 팽팽한 지

뒷바퀴 축의 너트를 풀고

긴장 상태 조정

브레이크

브레이크의 작동이 확실한 지

조정 나사를 돌려

케이블을 조정