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1[9급 지방직 기계설계] 21년 1회차
접촉면 평균지름(Dm)이 200mm, 면압이 0.2 N/mm2인 단판 마찰클러치가 80πN⋅m의 토크를 전달하기 위해 필요한 접촉면의 최소 폭(b)[mm]은? (단, 접촉면의 마찰계수는 μ=0.2이고, 축방향 힘은 균일 압력조건, 토크는 균일 마모조건으로 한다)
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해설

필요한 접촉면의 최소 폭은 100 mm이다.

폭 b인 환형 접촉면의 면적은 A=πDmbA=\pi D_m b이므로 축방향 힘은 P=p πDmbP=p\,\pi D_m b이고, 전달 토크는 T=μPDm2T=\mu P\dfrac{D_m}{2}이다.

T=80π N⋅m=80 000π N⋅mmT=80\pi\,\mathrm{N\cdot m}=80\,000\pi\,\mathrm{N\cdot mm}
80 000π=0.2×0.2×π×200×b×100=800πb80\,000\pi=0.2\times0.2\times\pi\times200\times b\times100=800\pi b
b=100 mmb=100\,\mathrm{mm}

  • 폭 50 mm는 토크 식에서 반지름 대신 지름을 곱하는 등 2배를 잘못 적용한 값이다.
  • 폭 10 mm나 5 mm로는 마찰면적이 부족해 요구 토크의 10분의 1 이하밖에 전달하지 못한다.

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