2. 공업표준규격, 국제단위 및 단위의 환산[1]

기계의 종류는 대단히 많지만, 이들을 잘 관찰하면 관찰하면 공통된 부분이나 부품을 많이 발견할 수 있을 것이다. 이들 기계를 구성하는 최소 단위의 공통부분이나 부품을 기계요소(machine elements)라 하며 기계는 이들의 기계요소를  목적에 적당히 조합한 것으로 생각할 수 있다. 설계자는 각 요소에 관하여 어떠한 형식의 것이 있는ㄱ. 어떠한 기능을 가지고 있는가, 또는 형태, 크기, 재료등의 선정을 어떻게 고려하는가 등을 배워야 한다. 기계부품은 때때로 종류에 따라서 형태, 치수 및 질을 통일하게된다. 이러한 부품은 호환성을 갖게 할 뿐만 아니라 대량 생산을 할 수도 있기 때문에 생산원가를 줄일 수가 있다. 이와 같이 품질의 개선, 생산의 합리화를 위하여 통이뢴 표준화가 필요하게 되고 이를 위하여 법으로 제정된 한국공업규격(KS : Korean Industrial Standards)이 있다. 설계를 할 때 규격에 정하여져 있는것을 사용하면 질과 호환성이 보장된 제품을 용이하게 입수할 수 있으므로 규격에 관심을 갖고, 표준품을 사용하도록 하여야 한다. 또 국제간에도 통일된 규격을 확대하여 국제간의 통도 상을 용이하게 하고, 과학 및 경제 등 제반 부문에 걸쳐서 국제협력을 추진하는 단체로 국제표준화기계(International Organization for Standardization : ISO)가 설립되어 국제규격을 선도적으로 제정하고 있다. 또 국제통일규격을 제정하는데 당연히 사용단위의 통일도 중요한 문제로 대두되어 국제도량형위원 1960년에 국제단위계(International System of Units : SI)를 제정하였고, ISO에서도 1973년에 국제규격 ISO 1000로서 SI 단위가 채용되어서 각국에서 사용이 늘어가고 사용이 높아져가고 있기 때문에 설계자는 종래의 단위와 SI단위의 사용에 능숙할 수 있도록 대처해야 될 것이다.

 

1. 단위와 유도단위

1.1 힘의 절대단위

절대단위의 힘의 단위는 질량 1kg의 물체에 1m/sec^2의 가속도를 주는 힘으로 이것을 1뉴톤(Newton, N)이라고 한다.

힘 = 질량 x 가속도

1N = 1kg·m/sec^2

단위질량 1g의 물체에 1cm/sec^2의 가속도를 주는 힘은 1다인(dyne)이라고 하고

1dyne = 1g·1cm/sec^2 = 10^-5N

의 관계가 있고 차원으로 표시하면

F=ML/T^2=(kg·m/sec^2=N)

F(N) : 힘, M(kg) : 질량, L(m) : 길이, T(sec) : 시간

 

1.2 중력단위와 힘의 중력단위

중력단위의 힘의 단위로서 질량 1kg의 물체에 작용하는 중력, 즉 질량 1kg의 물체의 무게를 가지고 사용한다. 이것을 1중량 kg(kgw, kgf), 또는 1kg이라고 말한다. 그리고 동일물체의 질량과 그 무게는 동일하지 않다. 중력가속도를 g=9.806m/sec^2로 하면 절대단위와 중력단위의 관계는

1kgf = 1kg x 9.860m/sec^2 = 9.806N

∴1N ≒ 0.1019kgf

  1dyne = 1.019 x 10^-6kgf

  1kg(질량) = 0.1019kgf·sec^2/m

질량의 방정식은

M = FT^2/L = kgf·sec^2/m, M = W/g(kgf·sec^2/m)

와 같고 지량 1kg의 물체의 표준중량은  1kgf이다 [1kg(질량) x 중력가속도(g) = 1kgf(중량 kg)], 영국단위로 1lb의 중량은 1중량파운드(lbw, lbf), 또는 1lb라고한다. g의 국제표준치를 32.174ft/sec^2 = 386in/sec^2로 채택하면 1중량 lb는

1lbf = 1 lb(질량) x 32.174ft/sec^2

M = FT^2/L = lbf·sec^2/ft = Slug

로 놓으면

1Slug = 1lbf·sec^2/ft = 32.174질량 lb

따라서

W = mg = (1Slug)(32.2ft/sec^2) = 32.2lbf

W = (1lbf·sec^2/in)(386in/sec^2) = 386lbf