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1[7급 국가직 기계설계] 23년 1회차
그림과 같이 스퍼 기어의 이가 외팔보 형태로 고정되어 접선방향 하중 Ft = 1 kN, 반경방향 하중 Fr = 0.36 kN을 받고 있다. A, B 위치의 이 두께 t = 5 mm이고, 이 폭 b = 36 mm, 이 길이 L = 6 mm일 때, A와 B 위치의 응력 σA\sigma_{\rm A}와 σB\sigma_{\rm B}[MPa]는? (단, 반경방향 하중이 균일한 압축응력을 발생시키며, 전단응력 및 응력집중은 무시한다)

σA\sigma_{\rm A} σB\sigma_{\rm B}
문제 이미지
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18 -22
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28 -32
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38 -42
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48 -52
해설

A 위치는 38 MPa(인장), B 위치는 −42 MPa(압축)이다.

굽힘: M=FtL=1000×6=6000 N⋅mmM = F_t L = 1000 \times 6 = 6000\ \mathrm{N\cdot mm}, Z=bt26=36×526=150 mm3Z = \dfrac{bt^2}{6} = \dfrac{36 \times 5^2}{6} = 150\ \mathrm{mm^3}
σb=MZ=40 MPa\sigma_b = \dfrac{M}{Z} = 40\ \mathrm{MPa}

압축: σc=Frbt=36036×5=2 MPa\sigma_c = \dfrac{F_r}{bt} = \dfrac{360}{36 \times 5} = 2\ \mathrm{MPa}
접선하중이 아래로 작용하므로 위쪽 A는 굽힘 인장, 아래쪽 B는 굽힘 압축이다. σA=40−2=38\sigma_A = 40 - 2 = 38, σB=−40−2=−42\sigma_B = -40 - 2 = -42

  • 18과 −22: 굽힘응력을 절반(20 MPa)으로 잡은 값이다.
  • 28과 −32: 굽힘응력을 30 MPa로 잡아야 나오는 값이다.
  • 48과 −52: 굽힘응력을 50 MPa로 잡아야 나오는 값이다.

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