개념 한 쪽
공작기계 분야에서는 유압을 이용한 장치가 다양한 원리로 동력을 전달하거나 에너지를 흡수한다는 점이 핵심이다. 유압 실린더의 힘과 단면적 관계, 점성 저항을 이용한 완충 장치, 마운팅 방식, 그리고 회로 구성에 따른 제어 특성 등이 기본 개념이다.
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출제기준 단원 「공작기계」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 구성 요소 존재 여부 확인 | 1 | 유압 브레이크 주요 부품과 존재하지 않는 용어를 가리기 |
| 점성 이용 장치 판별 | 1 | 오일의 점성 원리를 이용하는 기계 식별하기 |
| 단면적 계산 | 1 | 압력과 힘 관계로 실린더 단면적을 계산하기 |
유압 장치는 유체의 압력을 이용하여 힘을 전달하는 기계이며, 힘(F), 압력(P), 면적(A)은 F = P × A 관계로 연결된다. 따라서 주어진 압력에서 발생 가능한 힘이나 요구되는 단면적을 이 식으로 계산한다는 원리를 사용한다. 단위를 통일하여 계산하는 것이 중요하다.
유압 장치의 분류 관점에서는 오일의 점성, 유속, 팽창·수축 등 각기 다른 물리적 성질을 이용하는 기계가 존재한다. 점성을 이용하는 예로는 쇼크 업소버가 있으며, 이는 오일이 좁은 통로를 지날 때 생기는 점성 저항으로 에너지를 흡수한다. 반면 토크 컨버터 등은 유속을 이용한 기계로 분류된다.
유압 실린더의 설계와 취급에서는 여러 부속장치와 마운팅 방식에 유의해야 한다. 쿠션 장치(쿠션 밸브, 쿠션링)는 피스톤이 실린더 끝단에 도달할 때 오일 유량을 제한하여 감속시키는 역할을 한다. 마운팅 방식에서는 실린더 튜브에 피벗을 설치해 본체가 회전하도록 한 트러니언 형과 바닥 고정형 풋, 플랜지형, 로드 끝단의 클레비스 형 등이 구분된다.
유압 시스템의 장점으로는 응답성이 빠르고 무단 변속이 가능하다는 점이 있으나, 유체 내 이물질에 매우 취약하므로 필터와 오일 관리가 필수적이라는 단점이 존재한다. 또한 회로 구성에 따라 제어 특성이 달라지는데, 예컨대 미터아웃 회로는 유량 제어 밸브를 실린더의 출구측에 설치하여 배압을 형성함으로써 부하 변동에 대한 속도 안정성을 확보한다.
기계적 현상으로는 피스톤 운동이 간헐적으로 멈추었다 다시 움직이는 '스틱 슬립(Stick-slip)' 현상이 있으며, 이는 마찰력 변화에 기인하는 현상으로 인지하고 대처해야 한다.
문제 유형에서는 물리량 관계식을 먼저 떠올리고 단위 변환을 꼼꼼히 처리하는 것이 핵심이다. 쿠션 장치의 기능이나 쇼크 업소버의 점성 이용 원리, 트러니언 형의 본체 회전 특성, 미터아웃 회로의 배압 형성 원리 등을 기반으로 오답을 소거하면 정답에 도달할 수 있다.
유압 브레이크 장치의 주요 구성 요소가 아닌 것은?
정답 ① · 유압 브레이크 장치의 구성 요소가 아닌 것을 찾는 문제이다. 유압 브레이크는 페달의 힘을 마스터 실린더에서 유압으로 변환하고, 이 유압으로 브레이크 슈를 밀어 브레이크 드럼에 접촉시켜 제동하는 구조이다.
유압 브레이크의 핵심 부품은 마스터 실린더, 브레이크 슈, 드럼 등이며 '마스터 롤러'는 존재하지 않는 용어이다.
유압기기 중 오일의 점성을 이용한 기계, 유속을 이용한 기계, 팽창 수축을 이용한 기계로 분류할 때 정성을 이용한 기계로 가장 적합한 것은?
정답 ② · 유압 기기 및 유체 기계는 에너지 전달 매체의 특성이나 유체의 거동 원리에 따라 분류할 수 있습니다. 쇼크 업소버(완충기)는 내부의 오일이 좁은 틈새를 통과할 때 발생하는 점성 마찰 저항, 즉 오일의 점성을 이용하여 운동 에너지를 흡수하고 충격을 완화하는 기계입니다.
쇼크 업소버는 오일이 좁은 틈을 통과할 때 발생하는 점성 마찰로 에너지를 흡수하므로 점성 이용 기계이다.
유압실린더로 작동되는 리프터에 작용하는 하중이 15000N이고 유압의 압력이 7.5 MPa일 때 이 실린더 내부의 유체가 하중을 받는 단면적은 약 몇 cm² 인가?
정답 ② · 하중과 유압 압력으로부터 실린더의 유효 단면적을 구하는 문제이다. 압력과 힘의 관계식 F=PA에서 A=F/P로 계산한다.
압력(P)과 힘(F)의 관계식 F=PA에서 단면적 A=F/P로 계산하며, MPa와 N을 cm² 단위로 변환하여 약 200cm²를 구한다.
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