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1[국회직 9급 기계설계] 21년 1회차
M20 볼트로 두 물체를 연결하기 위하여, 스패너(팔길이 500mm)에 20kgf의 힘을 가하여 2tonf의 체결력이 얻어졌다. 이때 M20 볼트의 효율 η으로 올바른 것은? (단위: %) (단, M20 볼트의 피치는 2.5mm이다)
문제 이미지
1
6.25π\frac{6.25}{\pi}
2
12.5π\frac{12.5}{\pi}
3
25π\frac{25}{\pi}
4
37.5π\frac{37.5}{\pi}
5
50π\frac{50}{\pi}
해설

나사의 효율은 25π %\dfrac{25}{\pi}\,\%이다.

나사 효율은 한 회전당 입력 일에 대한 출력 일의 비이다. 입력 일은 체결 토크가 한 바퀴 하는 일이고, 출력 일은 체결력이 피치만큼 하는 일이다.

T=20×500=10 000 kgf⋅mmT=20\times 500=10\,000\,\mathrm{kgf\cdot mm}

η=Qp2πT\eta=\dfrac{Qp}{2\pi T}
η=2000×2.52π×10 000=14π=25π %\eta=\dfrac{2000\times 2.5}{2\pi\times 10\,000}=\dfrac{1}{4\pi}=\dfrac{25}{\pi}\,\%

  • 6.25π\dfrac{6.25}{\pi}는 체결력이 0.5 tonf0.5\,\mathrm{tonf}일 때의 효율이다.
  • 12.5π\dfrac{12.5}{\pi}는 체결력이 1 tonf1\,\mathrm{tonf}일 때의 효율이다.
  • 37.5π\dfrac{37.5}{\pi}는 체결력이 3 tonf3\,\mathrm{tonf}일 때의 효율이다.
  • 50π\dfrac{50}{\pi}는 분모의 2π2\pi를 π\pi로 잘못 쓴 값이다.

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