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1[9급 지방직 기계설계] 18년 1회차
평벨트 전동장치에서 벨트 속도 v[m/s], 긴장측 장력 Tt[N], 마찰계수 μ, 벨트 접촉각 θ[rad]가 주어졌을 때, 최대 전달동력[kW]은? (단, 벨트의 원심력은 무시한다)
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해설

최대 전달동력은 H=Ttv1000⋅eμθ−1eμθ kWH=\dfrac{T_t v}{1000}\cdot\dfrac{e^{\mu\theta}-1}{e^{\mu\theta}}\,\mathrm{kW}이다.

원심력을 무시하면 아이텔바인 식에 따라 긴장측과 이완측 장력의 비가 정해진다.
TtTs=eμθ  ⇒  Ts=Tteμθ\dfrac{T_t}{T_s}=e^{\mu\theta}\;\Rightarrow\; T_s=\dfrac{T_t}{e^{\mu\theta}}

유효장력은 두 장력의 차이고, 동력은 유효장력×벨트 속도이다.
Te=Tt−Ts=Tt eμθ−1eμθT_e=T_t-T_s=T_t\,\dfrac{e^{\mu\theta}-1}{e^{\mu\theta}}
H=Tev1000 kWH=\dfrac{T_e v}{1000}\,\mathrm{kW}

  • 괄호 안이 1−eμθeμθ\dfrac{1-e^{\mu\theta}}{e^{\mu\theta}}인 식은 부호가 반대여서 동력이 음수가 된다.
  • 괄호 안이 eμθeμθ−1\dfrac{e^{\mu\theta}}{e^{\mu\theta}-1}인 식은 유효장력으로 긴장측 장력을 구하는 역관계를 거꾸로 쓴 것이다.
  • 괄호 안이 eμθ1−eμθ\dfrac{e^{\mu\theta}}{1-e^{\mu\theta}}인 식은 역관계를 뒤집은 데다 부호까지 반대다.

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