개념 한 쪽
전달용 기계요소는 동력을 전달하거나 부품의 위치·형상을 규정하는 부품군이다. 대표적으로 마찰차, 키이, 저널베어링, 리벳 이음, V-벨트 풀리의 도시 규약, 스핀들 등 여러 요소가 포함된다. 이 요소들은 각각 작동 원리와 한계, 계산식 또는 도면 표현 규약을 이해해야 문제를 풀 수 있다.
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출제기준 단원 「전달용 기계요소」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 축의 전달 마력 계산 | 1 | 허용 비틀림응력과 지름·회전수로 전달 마력을 계산하기 |
| 마찰차의 장단점 판단 | 1 | 마찰차의 원리와 미끄러짐 같은 한계를 판별하기 |
| 키이 전단응력 계산 | 1 | 토크와 키이 치수로부터 전단응력을 산출하기 |
마찰차는 두 바퀴가 맞닿아 마찰력으로 동력을 전달하는 장치이다. 이 방식은 단순하고 무단변속 가능하며 경하용으로 쓰이나 마찰에 의해 전달 토크에 한계가 있으며 미끄러짐(slippage)이 발생할 수 있다는 점이 한계이다. 따라서 마찰차 관련 문제는 '마찰이 곧 미끄러짐의 가능성'임을 염두에 두어야 한다.
키이는 회전축에서 토크를 전달하는 부재로, 키이에 작용하는 전단응력은 토크를 반지름과 키이의 유효 단면적으로 나누어 계산한다. 유효 단면적은 키이의 너비와 유효 길이의 곱으로 취급한다. 키이 전단응력 공식은 τ = T / (r × b × l) 형태로 표현하며, 반지름은 축 지름의 절반을 사용한다.
레이디얼 저널베어링의 압력은 하중을 접촉 면적으로 나눈 값으로 정의한다. 저널의 접촉 면적은 지름과 길이의 곱으로 근사하므로 압력 p는 p = W / (d × ℓ)로 계산한다. 기본적으로 '압력 = 힘 ÷ 면적' 원리를 적용하면 정답을 도출할 수 있다.
기계제도에서는 부품의 도시 규약과 선의 쓰임이 중요하다. 예컨대 가는 실선은 치수선이나 해칭선 등에 사용하고, 가공 전후의 형상을 나타낼 때는 가는 일점쇄선을 사용해야 한다. V-벨트 풀리의 암은 길이 방향 절단 도시가 아니라 일반 형상으로 도시하는 것이 원칙이다.
스핀들은 공작기계의 정밀한 주축을 가리키며, 치수와 형상이 정밀하고 변형이 적으며 축 길이에 비해 짧고 비틀림을 주로 받는 축을 의미한다. 이들 용어와 규약을 정확히 매칭하는 것이 도면해독 및 요소 이해의 핵심이다.
1) 키이 전단응력 계산 예시를 보인다. 문제에서 T=26000 kgf·mm, 축 지름 D=80 mm, 따라서 반지름 r=40 mm, 키이 치수 b×h×l = 18×12×100 mm에서 유효 단면적 A = b × l = 18 × 100 = 1800 mm²를 사용한다. 전단응력 τ = T / (r × b × l) = 26000 / (40 × 18 × 100) = 26000 / 72000 ≈ 0.361 kgf/mm²로 계산된다.
2) 축의 전달 마력 계산 예시를 보인다. 허용 비틀림응력 τ=4 kgf/mm², 축 지름 D=5 cm = 50 mm, 회전수 n=300 rpm을 주어진 마력식에 대입하면 약 41 마력이 되는 과정을 따른다. 이 계산은 비틀림 응력과 지름의 세제곱 영향, 회전수의 영향을 함께 고려해야 함을 보여준다.
지름 5㎝의 축이 300rpm으로 회전할 때 몇 마력(㎰)를 전달할 수 있는가? (단, 축의 허용비틀림응력은 4㎏f/mm²이다.)
정답 ③ · 문제는 주어진 허용 비틀림응력과 축 지름, 회전수로 축이 전달할 수 있는 마력을 묻고 있다. 축 전달 마력은 비틀림 응력과 단면 3차 거듭제곱에 비례하므로 N = (τ·π·D^3·n)/(16·75·10^6) 공식을 사용해 계산한다.
허용비틀림응력 τ=4kgf/mm², 지름 D=5cm인 축의 전달 마력은 약 41마력입니다.
마찰차에 대한 다음의 설명 중 틀린 것은?
정답 ② · 문항은 마찰차의 동력 전달 특성에 대해 올바르지 않은 설명을 찾는 문제이다. 마찰차는 두 마찰차 사이의 마찰력을 이용하여 동력을 전달하고 무단 변속이 가능하며 주로 큰 힘을 전달하지 않는 경량용에 적합하다는 특징을 가진다.
마찰차는 구름접촉 시 미끄러짐이 발생할 수 있어 회전운동 전달이 항상 확실하지는 않다.
26000kgf・mm의 토오크를 받는 지름 80mm의 회전축에 사용하는 키이가 (b x h x l)=(18 x 12 x 100)mm이다. 이 때 키이에 생기는 전단응력은 몇 kgf/mm²인가?
정답 ① · 문제는 주어진 토오크와 축 반지름, 키 치수로 키에 생기는 전단응력을 계산하는 것이다. 전단응력은 τ = T / (r × b × l)로 계산하며 T=26000 kgf·mm, r=80/2=40 mm, b=18 mm, l=100 mm를 대입하면 τ = 26000 / (40×18×100) = 26000 / 72000 ≈ 0.3611 kgf/mm²이다.
키이의 전단응력은 토오크를 키이 의 유효 단면적으로 나누어 계산하며, 유효 단면은 너비 b와 길이 l의 곱이다.
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