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1[일반기계기사 필기] 21년 2회차
지름 50mm인 중실축 ABC가 A에서 모터에 의해 구동된다. 모터는 600rpm으로 50kW의 동력을 전달한다. 기계를 구동하기 위해서 기어 B는 35kW, 기어 C는 15kW를 필요로 한다. 축 ABC에 발생하는 최대 전단응력은 몇 MPa 인가?
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9.73
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22.7
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32.4
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64.8
해설
토크가 가장 큰 구간은 모터~기어 B 사이(50 kW 전부를 전달)이고, 여기서 최대 전단응력은 약 32.4 MPa이다.
그림에서 모터가 A쪽에서 축을 구동하고, 중간의 기어 B가 35 kW, 베어링 너머 축 끝의 기어 C가 15 kW를 빼 간다. 따라서 AB 구간은 50 kW, BC 구간은 15 kW만 전달한다.
각속도 ω = 2π × 600/60 = 62.83 rad/s
TAB = P/ω = 50,000 / 62.83 = 795.8 N·m
τmax = 16T/(πd³) = 16 × 795.8 / (π × 0.05³) = 32.4 × 10⁶ Pa = 32.4 MPaBC 구간만 보면 T = 15,000/62.83 = 238.7 N·m, τ = 9.73 MPa로 훨씬 작다. 전 동력이 흐르는 모터쪽 구간이 최대값을 지배한다는 것이 핵심이다.
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