개념 한 쪽
체결용 기계요소는 동력 전달과 위치 고정, 회전 부품의 연결을 담당하는 부품군이다. 주요 구성 요소로는 키와 키홈, 볼베어링 호칭, 끼워맞춤 규격, 그리고 특정 기어(예: 웜 기어)의 특성이 포함된다. 설계·검토 시 각 요소의 기하치수 규칙, 하중에 대한 전단·비틀림 계산식, 그리고 도면 기호의 용도를 정확히 이해해야 한다.
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출제기준 단원 「체결용 기계요소」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 기어 특성 판별 | 1 | 웜 기어의 감속 및 자가 정지 특성을 구별하는 능력 |
| 끼워맞춤 판별 | 1 | 구멍·축 허용차 비교로 끼워맞춤 유형을 판별하는 능력 |
| 베어링 호칭 해석 | 1 | 볼베어링 호칭의 끝자리 코드를 내경(mm)으로 변환하는 능력 |
웜 기어는 나사 모양의 웜과 톱니가 달린 웜 휠로 구성되며, 한 바퀴 회전당 휠이 적은 치수만큼 움직여 큰 감속비를 얻는다. 또한 마찰이 크므로 웜 휠이 웜을 밀어 역회전시키기 어려운 '자가 정지' 특성을 가진다. 이 특성은 역회전 방지가 필요한 리프트나 크레인 등에 유용하다고 설명한다.
끼워맞춤은 구멍과 축의 허용치 차이에 따라 헐거운 끼워맞춤, 중간 끼워맞춤, 억지 끼워맞춤 등으로 분류된다. 구멍의 최소치수가 축의 최대치수보다 크면 항상 간극이 생기므로 헐거운 끼워맞춤으로 판단한다는 비교 원칙을 제시한다.
볼베어링의 호칭은 자리별 의미가 있으며, 끝의 두 자리 숫자는 내경 코드로서 5를 곱하면 안지름(mm)이 된다. 예를 들어 '05'는 05×5=25mm로 안지름을 의미한다는 규칙을 제시한다.
키 설계에서는 전달토크를 토대로 키에 작용하는 전단력을 구하고, 허용전단응력에 따라 필요한 단면적과 길이를 산정하는 순서를 따른다. 키의 전단 면적은 길이와 폭(또는 문제 지시 방식)에 의해 산정하며, 토크는 힘과 반지름의 곱으로 구해 전단력으로 환산한다는 절차를 설명한다.
도면 기호는 치수 병기용과 면 지정용으로 구분된다. SR, □, C 같은 기호는 치수 숫자와 함께 병기하는 반면 ■는 치면을 지정하는 기호여서 치수와 병기하지 않는다는 용도를 제시한다.
대표 계산 1 — 베어링 내경 판별 예시 호칭 6305의 마지막 두 자리 '05'에 5를 곱하면 안지름 25mm가 된다. 즉 05×5=25mm로 내부 지름을 바로 판별한다.
대표 계산 2 — 키 길이 산정 예시 조건: 풀리 외주 힘 2,000N, 풀리 지름 600mm, 축 지름 50mm, 키 폭 b=8mm, 키 높이 h=7mm, 허용전단응력 τ=50MPa를 고려한다. 1) 풀리 반지름 Rp = 300mm이므로 토크 T = F·Rp = 2,000N × 300mm = 600,000N·mm이다. 2) 축 반지름 Rs = 25mm이므로 키에 작용하는 전단력 F_s = T / Rs = 600,000 / 25 = 24,000N이다. 3) 필요 전단면적 A = F_s / τ = 24,000N / (50N/mm²) = 480mm²이다. 4) 키 폭 b=8mm를 사용하면 길이 L = A / b = 480 / 8 = 60mm가 되어 키 길이는 최소 60mm 이상이어야 한다.
다음은 기어 전동 장치에 대한 설명이다. 옳은 것은?
정답 ④ · 문항은 각 기어 전동 장치의 특성과 원리를 묻고 있다. 웜 기어는 높은 감속비를 얻을 수 있고 자체 마찰 특성 때문에 웜 휠의 역회전이 방지되는 자가정지 특성이 있어 큰 감속을 구현하면서 역회전을 막을 수 있다.
웜 기어는 큰 감속비와 자가 정지(역회전 방지) 특성을 가진다.
분할 편의 호칭 지름은 다음 중 어느 것으로 나타내는가?
정답 ① · 분할 핀(Split pin)은 흔히 코터 핀(Cotter pin)이라고도 불리며, 핀 구멍에 끼워 넣어 너트의 풀림을 방지하는 부품입니다. 분할 핀의 규격과 호칭 지름은 핀을 끼우는 구멍인 '핀 구멍의 지름'을 기준으로 나타냅니다.
호칭이 6305인 볼베어링에서 05는 무엇을 나타내는가?
정답 ③ · 문제는 베어링 호칭에서 끝자리 두 숫자가 의미하는 바를 묻고 있다. 보통 볼베어링의 끝자리 두 자리 코드는 내경을 5배한 값으로 해석되므로 05는 5×5=25mm의 내경을 뜻한다.
볼베어링 호칭 6305에서 마지막 두 자리 숫자는 내경을 5로 곱한 값이므로 안지름 25mm를 나타낸다.
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