무게 중심이란？모멘트란？기계 설계에 필요한 기초 지식

무게 중심과 모멘트의 개념

무게 중심이란?

물체의 무게의 중심을 말합니다.

모멘트란?

어떤 지점을 중심으로 회전시키려고 하는 힘의 작용을 말합니다.

도어의 무게 중심

그림과 같이 균일한 형태의 덮개・도어의 경우 무게 중심은 정가운데입니다.
즉,X1=L1÷2 입니다.

  • *지금까지 당사의 카탈로그가 계산식을 L1÷2 로 하고 있던 이유는 이 때문입니다.
  • *덮개・도어의 두께가 얇은 경우의 계산식입니다.

모멘트를 구하는 법

덮개・도어의 모멘트 M
=
회전 중심에서 무게 중심 위치까지의 수평거리 X1
×
질량 m

모멘트는 무게 중심 위치까지의 「수평 거리」로 계산한 값이며, 그 값은 열림 각도에 따라 달라지므로 최대 모멘트를 구하는 식은 다음과 같습니다.

덮개・도어의최대 모멘트
=
회전 중심에서 무게 중심 위치까지의수평거리 중 가장 큰 값
×
질량

힌지 및 스테이 선정 시 포인트

프리 스톱

  • 덮개・도어의 모멘트보다 힌지・스테이의 토크가 큰 경우 프리
    스톱합니다.
  • 덮개・도어의 모멘트와 힌지・스테이의 토크가 비슷해야 조작감이 가벼워지므로 가능한 비슷하게 맞춰주는 것이 좋습니다.
힌지(스테이)의토크＊
≧
덮개・도어의
최대 모멘트

＊힌지(스테이)를 여러 개 사용하는 경우, 토크 값에 사용 개수를 곱한 값이 됩니다.

댐퍼(소프트 모션)

힌지(스테이)의최대 토크＊
≧
덮개・도어의최대 모멘트
≧
힌지(스테이)의 최소 토크＊

＊힌지(스테이)를 여러 개 사용하는 경우, 토크 값에 사용 개수를 곱한 값이 됩니다.

무게 중심의 계산(비정형인 경우)

비정형인 경우 무게 중심을 구하는 방법

덮개의 형태가 L자 형태의 경우 단순 형태로 분할하여 각각의 무게 중심을 계산한 후, 그 합계로 전체의 무게 중심을 구합니다.목판에 거울을 부착하는 경우도 동일합니다.

2개로 분할한 경우를 예로 계산해 봅시다

덮개 A의 무게 중심 G1

길이 L1＊
cm
두께 t1＊
cm
질량 m1＊
kg
무게 중심 G1의 X방향 거리 X1
cm
무게 중심 G1의 각도
°
무게 중심 G1의 Y방향 거리 Y1
cm
A의 모멘트 X 방향
kgf・cm
무게 중심 G1의 거리
cm
A의 모멘트 Y 방향
kgf・cm
  • ＊회전 중심보다 마이너스 측에 있는 경우는 마이너스로 입력
  • ＊알기 쉽게 계산하기 위해 표기와 입력 단위를 「mm」에서 「cm」로 했습니다.

덮개 B의 무게 중심 G2

길이 L2＊
cm
두께 t2＊
cm
질량 m2＊
kg
무게 중심 G2의 X방향 거리 X2
cm
무게 중심 G2의 각도
°
무게 중심 G2의 Y방향 거리Y2
cm
B의 모멘트 X방향
kgf・cm
무게 중심 G2의 거리
cm
B의 모멘트 Y방향
kgf・cm
  • ＊회전 중심보다 마이너스 측에 있는 경우는 마이너스로 입력
  • ＊알기 쉽게 계산하기 위해 표기와 입력 단위를 「mm」에서 「cm」로 했습니다.

합계 무게 중심 G

총 질량
kg
X방향의 무게 중심 위치
cm
X방향의 무게 중심 위치
mm
Y방향의 무게 중심 위치
cm
Y방향의 무게 중심 위치
mm
합계 무게 중심까지의 거리
cm
합계 무게 중심까지의 거리
mm
합계 무게 중심의 각도
°

＊소수점 3자리 이하는 반올림했습니다.

무게 중심 위치를 모를 경우

덮개・도어가 이미 설치되어 있어 무게 중심의 위치를 계산하기 어려울 경우, 필요 토크를 구하는 방법으로 용수철 저울을 사용하는 방법이 있습니다.
그림과 같이 용수철 저울로 들어 올려 「최대치」와 「회전 중심에서 측정 장소까지의 거리」를 측정합니다.

L1
×
F1
=
덮개・도어의 모멘트
L1
×
F1의 최대치
=
덮개・도어의 최대 모멘트

＊덮개에 여러 가지(기기)가 부착되었을 경우, 무게 중심 위치의 계산이 곤란할 수 있습니다.
그런 경우, 대략적인 질량이나 무게 중심 위치를 가정해 계산한 후 힌지(스테이)를 임시로 선정합니다.
실제로 설치 후에 상기 방법을 이용해 확인하면, 정확한 필요 토크 값이 판명되기 때문에 정식으로 힌지(스테이)를 선정하는 것이 가능합니다.

예시

거리 (L1)=100cm, 힘(F1)＝2.5kg 의 경우, 모멘트를 구하는 식에 적용하면,덮개・도어의 모멘트는 100cm×2.5kg＝250kgf・cm 입니다.
예를 들어 이 덮개・도어를 프리 스톱하기 위해서는 힌지(스테이)의 토크 값은 250kgf・cm（=24.5N・m）이상이 필요합니다. 즉, 힌지(스테이)의 토크 값 ≧250kgf・cm(=24.5 N・m) 이 됩니다.

실제로 계산해 봅시다.

회전 중심에서 측정 장소까지의 거리 L1
cm
용수철 저울로 측정한 값 F1
kg

덮개・도어의 모멘트 = L1×F1 ×9.80665÷100

N·m

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