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1[9급 지방직 기계설계] 11년 1회차
다음 그림에서 벨트 풀리 1(I1)에 700 [PS]이 전달되고, 이 동력은 풀리 2(I2)에 300 [PS], 풀리 3(I3)에 400 [PS]으로 나누어 전달된다. 풀리 2의 좌측과 우측의 축에 걸리는 전단응력이 같아지도록 설계한다면, d1/d2은? (단, 자중 및 굽힘하중에 의한 전단응력은 무시한다)
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해설

두 축 구간의 전단응력이 같으려면 지름의 세제곱이 토크에 비례해야 하므로 d1d2=743\dfrac{d_1}{d_2}=\sqrt[3]{\dfrac{7}{4}} 이다.

그림에서 지름 d1 구간(풀리 1과 2 사이)은 풀리 1의 700 PS 전부를, d2 구간(풀리 2와 3 사이)은 풀리 3으로 가는 400 PS만 전달한다. 한 축이라 회전수가 같으므로 토크는 동력에 비례한다.

τ=16Tπd3\tau=\dfrac{16T}{\pi d^3} 이 같으면 d3∝Td^3\propto T
d13d23=700400=74  ⇒  d1d2=743\dfrac{d_1^3}{d_2^3}=\dfrac{700}{400}=\dfrac{7}{4}\;\Rightarrow\;\dfrac{d_1}{d_2}=\sqrt[3]{\dfrac{7}{4}}

  • 세제곱근 7/3 은 d2 구간 동력을 풀리 2의 300 PS 로 잘못 잡은 값이다.
  • 세제곱근 3/7 은 동력 배분을 잘못 잡은 데다 비를 뒤집은 값이다.
  • 세제곱근 4/7 은 비를 거꾸로 쓴 값으로, 더 큰 토크를 받는 d1 구간이 더 가늘어지는 모순이 생긴다.

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