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1[일반기계기사 필기] 18년 2회차
지름이 60mm인 연강축이 있다. 이 축의 허용전단응력은 40MPa이며 단위길이 1m당 허용 회전각도는 1.5° 이다. 연강의 전단 탄성계수를 80GPa이라 할 때 이 축의 최대 허용 토크는 약 몇 N∙m 인가? (단, 이 코일에 작용하는 힘은 P, 가로탄성게수는 G이다.)
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696
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1696
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2664
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3664
해설

이 축의 최대 허용 토크는 전단응력 조건과 비틀림각 조건 중 더 작은 값으로 정해지며, 약 1696 N·m이다.

극단면계수는 Zp=πd316=π(60)316≈42412 mm3Z_p=\dfrac{\pi d^3}{16}=\dfrac{\pi (60)^3}{16}\approx42412\ \mathrm{mm^3}이므로, 허용전단응력 조건에서 T1=τallowZp=40×42412≈1696×103 N⋅mm=1696 N⋅mT_1=\tau_{allow}Z_p=40\times42412\approx1696\times10^3\ \mathrm{N\cdot mm}=1696\ \mathrm{N\cdot m}이다.

비틀림각 조건에서는 극관성모멘트 J=πd432≈1.272×106 mm4J=\dfrac{\pi d^4}{32}\approx1.272\times10^6\ \mathrm{mm^4}와 θ=1.5∘≈0.0262 rad\theta=1.5^\circ\approx0.0262\ \mathrm{rad}를 단위길이 L=1 m=1000 mmL=1\ \mathrm{m}=1000\ \mathrm{mm}에 대해 적용하여 T2=GJθL≈2665 N⋅mT_2=\dfrac{GJ\theta}{L}\approx2665\ \mathrm{N\cdot m}로 더 크게 나오므로 전단응력 조건이 지배하여 최대 허용 토크는 약 1696 N·m가 된다.

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