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1[9급 지방직 기계설계] 21년 1회차
다음 그림은 두 개의 기어로 이루어진 감속장치 개념도이다. 입력축은 10rad/s의 각속도로 10kW의 동력을 받아 모듈 5mm, 압력각 30°인 두 개의 표준 스퍼기어(G1, G2)를 통하여 출력축으로 내보낸다. 입력축에서 G1 기어와 B1, B2 베어링 사이의 수평거리가 각각 100mm일 때, B1 베어링에 작용하는 하중[N]은? (단, 입력축 G1 기어의 잇수는 40개이다)
문제 이미지
1
5,000
2
5,000 / √3
3
10,000 / √3
4
20,000 / √3
해설

B1 베어링에 작용하는 하중은 10 0003 N\dfrac{10\,000}{\sqrt3}\,\mathrm{N}이다.

입력축 토크와 기어 피치원 반지름은
T=Hω=10 00010=1000 N⋅mT=\dfrac{H}{\omega}=\dfrac{10\,000}{10}=1000\,\mathrm{N\cdot m}
r=mz2=5×402=100 mm=0.1 mr=\dfrac{mz}{2}=\dfrac{5\times40}{2}=100\,\mathrm{mm}=0.1\,\mathrm{m}

접선력과 압력각을 고려한 치면 전체 하중(법선력)은
Ft=Tr=10 000 NF_t=\dfrac{T}{r}=10\,000\,\mathrm{N}
Fn=Ftcos⁡30∘=20 0003 NF_n=\dfrac{F_t}{\cos30^\circ}=\dfrac{20\,000}{\sqrt3}\,\mathrm{N}

기어가 두 베어링의 정중앙(각 100 mm)에 있으므로 각 베어링은 그 절반을 받아 10 0003 N\dfrac{10\,000}{\sqrt3}\,\mathrm{N}이다.

  • 20 0003 N\dfrac{20\,000}{\sqrt3}\,\mathrm{N}은 법선력 전체로, 두 베어링에 나누지 않은 값이다.
  • 5000 N5000\,\mathrm{N}은 접선력만 반분한 값으로, 압력각에 의한 반경방향 성분을 빠뜨렸다.
  • 50003 N\dfrac{5000}{\sqrt3}\,\mathrm{N}은 반경방향 성분(Fttan⁡30∘F_t\tan30^\circ)만 반분한 값이다.

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