UG NX 기어 시뮬레이션 Gear Motion Simulation
UG NX는 3D CAD 데이터를 기반으로 실제 작동에 가까운 가상 시뮬레이션을 수행할 수 있는 기능을 제공합니다. 같은 모델을 놓고도 단순한 분해 애니메이션부터 타임라인 기반의 동영상, 그리고 이번에 다룰 기어 회전 모션처럼 정교한 NX Motion Simulation – Gear Motion Simulation까지 여러 단계의 표현 방식이 존재합니다.
그럼 NX에서 기어 회전을 구현하는 모션 시뮬레이션 과정을 중심으로, 어셈블리 환경에서 활용할 수 있는 Exploded View와 Sequence 기능과의 차이도 함께 짚어보겠습니다.
- Exploded View 어셈블리 환경에서 사용할 수 있는 Exploded View는 말 그대로 분해 뷰를 만들기 위한 기능입니다. 각 부품을 축 방향이나 임의의 방향으로 분리해 조립 순서나 내부 구조를 보여 주는 데 주로 쓰이지만, 간단한 움직임 정도라면 이 분해 상태를 이용해 제품의 동작 느낌을 가볍게 표현할 수도 있습니다. 특히 Exploded View는 실제 분해된 상태를 그대로 도면이나 프레젠테이션 이미지로 활용할 수 있다는 장점이 있습니다.
- Sequence Sequence 기능은 제품을 간편하게 회전·이동시키면서 시간 축에 따라 동작을 기록하는 기능입니다. Exploded View처럼 분해된 상태를 강조하기보다는, 조립 상태에서 특정 부품이 어느 방향으로 움직이고 어떻게 회전하는지를 연속적인 애니메이션으로 보여 줄 때 적합합니다. 또 하나의 장점은 완성된 움직임을 NX 내부에서 재생하는 것에 그치지 않고 동영상 파일로 내보낼 수 있어, 리뷰나 보고용 자료를 만들 때 활용도가 높다는 점입니다.
마지막으로 이 글의 핵심인 NX Motion Simulation은 앞서 설명한 두 기능보다 훨씬 복잡한 연산 방식을 사용합니다. 기어의 회전비, 관성, 중력, 구속 조건 등을 고려해 실제 제품에 가까운 동작을 시뮬레이션하고, 그 과정에서 간섭이나 문제점을 미리 찾아낼 수 있다는 점이 가장 큰 차이입니다.
UG NX Gear Motion Simulation – 모션 시뮬레이션으로 기어 회전 구현하기
기어 모션 시뮬레이션을 진행하려면 먼저 NX 상단 메뉴에서 File → 모션 시뮬레이션을 선택해 모션 시뮬레이션 환경으로 모드를 전환합니다.
일반 모델링 모드와는 별도의 해석 환경이기 때문에, 전환 후에는 Motion 전용 리본 메뉴와 내비게이터가 활성화됩니다.
모션 시뮬레이션 모드로 전환되면 화면 왼쪽에 Motion Navigator가 보입니다.
여기서 마우스 오른쪽 버튼을 클릭해 새로운 시뮬레이션(New Simulation)을 생성합니다.
새 시뮬레이션을 만들면 모션 솔루션에 대한 기본 환경을 설정할 수 있는 대화상자가 열립니다.
해석 유형은 운동학(Kinematics)과 동역학(Dynamics) 중에서 선택할 수 있는데, 기어처럼 회전 속도와 관성, 중력까지 고려해 실제 동작에 가까운 결과를 보고 싶다면 동역학 솔루션을 선택하는 것이 좋습니다.
시뮬레이션 환경이 준비되었다면, 이제 각 기어를 개별 강체로 인식시키는 작업이 필요합니다.
이를 위해 Link 기능을 이용해 떨어져 있는 기어 하나하나를 모션 해석에 참여하는 링크(강체)로 등록합니다.
모션에 참여하는 파트를 하나씩 선택해 링크를 추가해 주면, Motion Navigator에 파트 개수만큼 링크가 생성됩니다. 이 단계에서 누락된 부품이 없는지 한 번씩 확인해 두면 이후 오류를 줄일 수 있습니다.
이제 기어가 실제로 회전할 수 있도록 Joint를 설정합니다. 회전을 허용하는 조인트 타입은 Revolute이며, 각 기어의 회전축이 될 원형 엣지를 기준으로 정의합니다.
Joint 대화상자에서 타입을 Revolute로 설정한 뒤 Select Link에 기어의 원 엣지를 선택하면, 해당 엣지를 기준으로 중심 축이 자동으로 잡혀 편하게 회전 조인트를 구성할 수 있습니다.
첫 번째 기어의 회전축이 정의되었다면, 그다음에는 이 축에 구동 조건을 넣어야 합니다.
Joint 편집 창에서 Driver 탭으로 이동해 회전 값과 속도를 설정합니다.
이 영역은 조인트가 얼마나, 어떤 속도로 회전할지를 정하는 부분입니다.
Rotation을 선택한 뒤, 동작 형태를 Constant(일정)으로 설정합니다.
초기 회전 속도 값은 예제처럼 300 deg/s 정도로 설정하면, 애니메이션에서 회전하는 느낌을 확인하기에 무리가 없습니다.
옵션을 살펴보면 일정 간격으로 회전하도록 설정하거나, 시간에 따라 점점 빨라지는 가속도 값을 추가하는 것도 가능합니다.
나머지 기어들도 동일하게 Joint의 Revolute Type으로 설정해 줍니다. 이때 중요한 점은, 첫 번째 구동 기어에만 Driver를 설정하고 나머지 기어에는 Driver를 지정하지 않는다는 것입니다.
외곽의 큰 기어를 실제 모터가 연결된 구동 기어라고 생각하고, 나머지 기어들은 이 기어의 회전에 맞춰 종속적으로 따라 돌도록 만들 예정이기 때문입니다.
이 단계까지 진행했다면 Motion Navigator에서 링크 개수와 조인트 개수가 모델 구조와 일치하는지 다시 한 번 확인합니다.
누락된 링크나 조인트가 있으면 해석 시 에러가 발생하거나 의도하지 않은 자유도가 남을 수 있습니다.
이제 기어 회전을 위해 Gear 기능을 사용합니다. 이 커플러는 두 Revolute 조인트의 회전 비율을 지정해 실제 기어 비처럼 연동 회전을 구현하는 역할을 합니다.
First Joint에는 조인트 1번, Second Joint에는 조인트 2번을 선택해 두 기어 사이의 회전 관계를 설정합니다.
같은 방식으로 두 번째 Gear 커플러를 만들 때는 First Joint를 조인트 1번, Second Joint를 조인트 3번으로 설정합니다.
그다음은 조인트 4번–5번, 5번–6번처럼 인접한 기어 쌍마다 Gear 커플러를 계속 추가해 주면 전체 기어열이 하나의 구동축을 기준으로 연동 회전하도록 구성됩니다.
NX Motion Simulation – Solution 설정과 해석 실행
모든 링크와 조인트, Gear 커플러 설정이 끝났다면 Motion Navigator에서 Solution을 선택해 전체 해석 조건을 다시 한 번 확인합니다.
처음 입력했던 솔루션의 전체 해석 시간, 출력 간격, 중력 방향 등에서 수정이 필요한 부분이 있다면 이 단계에서 조정합니다.
필요하다면 추가적으로 결과에 저장할 변수를 지정해 토크, 각속도, 접촉력 같은 데이터를 함께 얻을 수도 있습니다.
중력은 기본적으로 표준 지구 중력값이 설정되어 있으며, 별도의 조건이 없다면 기본값을 그대로 사용해도 무방합니다. 모든 설정을 확인했다면 확인(OK)을 눌러 솔루션 설정을 마무리합니다.
이제 모든 설정이 완료되었으니 Solve 버튼을 눌러 해석을 실행합니다.
계산이 끝난 뒤에는 Animation 버튼을 눌러 결과를 애니메이션 형태로 재생할 수 있습니다.
Animation 탭에서 Play 버튼을 누르면 기어가 연동되어 돌아가는 모습을 실시간으로 확인할 수 있습니다. 여기서 카메라 뷰를 조정하거나 재생 속도를 바꾸면서 다양한 각도에서 동작을 검토할 수 있으며, 필요한 경우 Export 기능을 이용해 동영상 파일로 저장해 공유용 자료로 활용할 수 있습니다.
텍스트만으로는 이해가 조금 어렵다면 위 영상을 함께 보면서 각 단계의 설정 위치와 화면 구성을 같이 확인해 보는 것도 좋습니다.
UG NX는 3D CAD 데이터를 기반으로 실제 작동에 가까운 가상 시뮬레이션을 수행할 수 있는 기능을 제공합니다. 같은 모델을 놓고도 단순한 분해 애니메이션부터 타임라인 기반의 동영상, 그리고 이번에 다룰 기어 회전 모션처럼 정교한 NX Motion Simulation – Gear Motion Simulation까지 여러 단계의 표현 방식이 존재합니다.
그럼 NX에서 기어 회전을 구현하는 모션 시뮬레이션 과정을 중심으로, 어셈블리 환경에서 활용할 수 있는 Exploded View와 Sequence 기능과의 차이도 함께 짚어보겠습니다.
- Exploded View 어셈블리 환경에서 사용할 수 있는 Exploded View는 말 그대로 분해 뷰를 만들기 위한 기능입니다. 각 부품을 축 방향이나 임의의 방향으로 분리해 조립 순서나 내부 구조를 보여 주는 데 주로 쓰이지만, 간단한 움직임 정도라면 이 분해 상태를 이용해 제품의 동작 느낌을 가볍게 표현할 수도 있습니다. 특히 Exploded View는 실제 분해된 상태를 그대로 도면이나 프레젠테이션 이미지로 활용할 수 있다는 장점이 있습니다.
- Sequence Sequence 기능은 제품을 간편하게 회전·이동시키면서 시간 축에 따라 동작을 기록하는 기능입니다. Exploded View처럼 분해된 상태를 강조하기보다는, 조립 상태에서 특정 부품이 어느 방향으로 움직이고 어떻게 회전하는지를 연속적인 애니메이션으로 보여 줄 때 적합합니다. 또 하나의 장점은 완성된 움직임을 NX 내부에서 재생하는 것에 그치지 않고 동영상 파일로 내보낼 수 있어, 리뷰나 보고용 자료를 만들 때 활용도가 높다는 점입니다.
마지막으로 이 글의 핵심인 NX Motion Simulation은 앞서 설명한 두 기능보다 훨씬 복잡한 연산 방식을 사용합니다. 기어의 회전비, 관성, 중력, 구속 조건 등을 고려해 실제 제품에 가까운 동작을 시뮬레이션하고, 그 과정에서 간섭이나 문제점을 미리 찾아낼 수 있다는 점이 가장 큰 차이입니다.
UG NX Gear Motion Simulation – 모션 시뮬레이션으로 기어 회전 구현하기
기어 모션 시뮬레이션을 진행하려면 먼저 NX 상단 메뉴에서 File → 모션 시뮬레이션을 선택해 모션 시뮬레이션 환경으로 모드를 전환합니다.
일반 모델링 모드와는 별도의 해석 환경이기 때문에, 전환 후에는 Motion 전용 리본 메뉴와 내비게이터가 활성화됩니다.
모션 시뮬레이션 모드로 전환되면 화면 왼쪽에 Motion Navigator가 보입니다.
여기서 마우스 오른쪽 버튼을 클릭해 새로운 시뮬레이션(New Simulation)을 생성합니다.
새 시뮬레이션을 만들면 모션 솔루션에 대한 기본 환경을 설정할 수 있는 대화상자가 열립니다.
해석 유형은 운동학(Kinematics)과 동역학(Dynamics) 중에서 선택할 수 있는데, 기어처럼 회전 속도와 관성, 중력까지 고려해 실제 동작에 가까운 결과를 보고 싶다면 동역학 솔루션을 선택하는 것이 좋습니다.
시뮬레이션 환경이 준비되었다면, 이제 각 기어를 개별 강체로 인식시키는 작업이 필요합니다.
이를 위해 Link 기능을 이용해 떨어져 있는 기어 하나하나를 모션 해석에 참여하는 링크(강체)로 등록합니다.
모션에 참여하는 파트를 하나씩 선택해 링크를 추가해 주면, Motion Navigator에 파트 개수만큼 링크가 생성됩니다. 이 단계에서 누락된 부품이 없는지 한 번씩 확인해 두면 이후 오류를 줄일 수 있습니다.
이제 기어가 실제로 회전할 수 있도록 Joint를 설정합니다. 회전을 허용하는 조인트 타입은 Revolute이며, 각 기어의 회전축이 될 원형 엣지를 기준으로 정의합니다.
Joint 대화상자에서 타입을 Revolute로 설정한 뒤 Select Link에 기어의 원 엣지를 선택하면, 해당 엣지를 기준으로 중심 축이 자동으로 잡혀 편하게 회전 조인트를 구성할 수 있습니다.
첫 번째 기어의 회전축이 정의되었다면, 그다음에는 이 축에 구동 조건을 넣어야 합니다.
Joint 편집 창에서 Driver 탭으로 이동해 회전 값과 속도를 설정합니다.
이 영역은 조인트가 얼마나, 어떤 속도로 회전할지를 정하는 부분입니다.
Rotation을 선택한 뒤, 동작 형태를 Constant(일정)으로 설정합니다.
초기 회전 속도 값은 예제처럼 300 deg/s 정도로 설정하면, 애니메이션에서 회전하는 느낌을 확인하기에 무리가 없습니다.
옵션을 살펴보면 일정 간격으로 회전하도록 설정하거나, 시간에 따라 점점 빨라지는 가속도 값을 추가하는 것도 가능합니다.
나머지 기어들도 동일하게 Joint의 Revolute Type으로 설정해 줍니다. 이때 중요한 점은, 첫 번째 구동 기어에만 Driver를 설정하고 나머지 기어에는 Driver를 지정하지 않는다는 것입니다.
외곽의 큰 기어를 실제 모터가 연결된 구동 기어라고 생각하고, 나머지 기어들은 이 기어의 회전에 맞춰 종속적으로 따라 돌도록 만들 예정이기 때문입니다.
이 단계까지 진행했다면 Motion Navigator에서 링크 개수와 조인트 개수가 모델 구조와 일치하는지 다시 한 번 확인합니다.
누락된 링크나 조인트가 있으면 해석 시 에러가 발생하거나 의도하지 않은 자유도가 남을 수 있습니다.
이제 기어 회전을 위해 Gear 기능을 사용합니다. 이 커플러는 두 Revolute 조인트의 회전 비율을 지정해 실제 기어 비처럼 연동 회전을 구현하는 역할을 합니다.
First Joint에는 조인트 1번, Second Joint에는 조인트 2번을 선택해 두 기어 사이의 회전 관계를 설정합니다.
같은 방식으로 두 번째 Gear 커플러를 만들 때는 First Joint를 조인트 1번, Second Joint를 조인트 3번으로 설정합니다.
그다음은 조인트 4번–5번, 5번–6번처럼 인접한 기어 쌍마다 Gear 커플러를 계속 추가해 주면 전체 기어열이 하나의 구동축을 기준으로 연동 회전하도록 구성됩니다.
NX Motion Simulation – Solution 설정과 해석 실행
모든 링크와 조인트, Gear 커플러 설정이 끝났다면 Motion Navigator에서 Solution을 선택해 전체 해석 조건을 다시 한 번 확인합니다.
처음 입력했던 솔루션의 전체 해석 시간, 출력 간격, 중력 방향 등에서 수정이 필요한 부분이 있다면 이 단계에서 조정합니다.
필요하다면 추가적으로 결과에 저장할 변수를 지정해 토크, 각속도, 접촉력 같은 데이터를 함께 얻을 수도 있습니다.
중력은 기본적으로 표준 지구 중력값이 설정되어 있으며, 별도의 조건이 없다면 기본값을 그대로 사용해도 무방합니다. 모든 설정을 확인했다면 확인(OK)을 눌러 솔루션 설정을 마무리합니다.
이제 모든 설정이 완료되었으니 Solve 버튼을 눌러 해석을 실행합니다.
계산이 끝난 뒤에는 Animation 버튼을 눌러 결과를 애니메이션 형태로 재생할 수 있습니다.
Animation 탭에서 Play 버튼을 누르면 기어가 연동되어 돌아가는 모습을 실시간으로 확인할 수 있습니다. 여기서 카메라 뷰를 조정하거나 재생 속도를 바꾸면서 다양한 각도에서 동작을 검토할 수 있으며, 필요한 경우 Export 기능을 이용해 동영상 파일로 저장해 공유용 자료로 활용할 수 있습니다.
텍스트만으로는 이해가 조금 어렵다면 위 영상을 함께 보면서 각 단계의 설정 위치와 화면 구성을 같이 확인해 보는 것도 좋습니다.
