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그림과 같이 드럼축에 토크 M이 작용하여 드럼이 시계방향으로 돌고 있다… | [9급 지방직 기계설계] 19년 1회차 기출문제 상세 페이지

1[9급 지방직 기계설계] 19년 1회차
그림과 같이 드럼축에 토크 M이 작용하여 드럼이 시계방향으로 돌고 있다. 밴드와 드럼 사이의 마찰계수가 μ이고 접촉각이 θ일 때, 드럼을 정지시키기 위해 밴드와 연결된 브레이크 레버에 작용시켜야 할 최소 힘 F는? (단, b=2a이다)
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해설

레버에 작용시켜야 할 최소 힘은 F=M(2eμθ−1)2l(eμθ−1)F=\dfrac{M(2e^{\mu\theta}-1)}{2l(e^{\mu\theta}-1)}이다.

드럼이 시계방향으로 돌면 마찰력이 밴드를 오른쪽으로 끌므로 왼쪽 끝(거리 b)이 긴장측이다. 왼쪽 밴드가 드럼에 접선으로 내려오므로 드럼 반지름은 r=b=2ar=b=2a이다.
T1=T2eμθ,M=(T1−T2) r=2aT2(eμθ−1)T_1=T_2e^{\mu\theta},\quad M=(T_1-T_2)\,r=2aT_2(e^{\mu\theta}-1)

레버 지점에 대한 모멘트 평형은
Fl=T1b−T2a=aT2(2eμθ−1)Fl=T_1b-T_2a=aT_2(2e^{\mu\theta}-1)
T2=M2a(eμθ−1)T_2=\dfrac{M}{2a(e^{\mu\theta}-1)}를 대입하면 위 결과가 나온다.

  • M(2eμθ−1)l(eμθ−1)\dfrac{M(2e^{\mu\theta}-1)}{l(e^{\mu\theta}-1)}는 드럼 반지름을 b가 아닌 a로 잡은 값이라 두 배로 커진다.
  • M(eμθ−1)2l(2eμθ−1)\dfrac{M(e^{\mu\theta}-1)}{2l(2e^{\mu\theta}-1)}는 분자와 분모의 위치가 뒤바뀐 형태다.
  • M(eμθ−1)l(2eμθ−1)\dfrac{M(e^{\mu\theta}-1)}{l(2e^{\mu\theta}-1)}는 분자·분모가 뒤바뀌고 반지름도 잘못 잡은 형태다.

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