개념 한 쪽
기계설계기초는 기계를 이루는 요소를 결합용·전달용·제어용으로 나누어 각각의 역할과 특징을 가르는 단원이다. 이 세트는 접선 키와 스플라인의 결합 방식, 삼각나사와 사각나사의 용도 차이, 벨트 전동의 장단점과 V벨트의 트러스트 효과, 구름베어링과 자동조심 롤러 베어링의 특징, 스프링의 사용 목적을 묻는다. 선지 판단은 「이 요소가 힘을 전달하는가, 고정하는가, 흡수하는가」를 먼저 가르는 데서 갈린다.
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결합 요소는 축과 보스를 어떻게 붙잡는가로 갈린다. 접선 키는 전달토크가 큰 축에 쓰고 회전방향이 양쪽일 때 중심각이 120°가 되도록 한 쌍을 설치한다. 스플라인은 축과 보스의 둘레에 여러 개의 키를 깎아 붙인 모양으로, 큰 동력을 전달하면서 내구력이 크고 축과 보스의 중심을 정확하게 맞출 수 있다. 나사는 용도로 나뉜다 — 삼각나사는 마찰각이 커 체결용(고정)에 쓰고, 힘 전달용(이동용)에는 마찰 손실을 줄인 사각나사나 사다리꼴 나사를 쓴다. 리드는 나사가 한 바퀴 돌았을 때 축 방향으로 이동하는 거리다.
벨트 전동은 마찰력으로 동력을 전달한다. 진동과 충격을 흡수하고, 과부하가 걸리면 미끄러져 기계를 보호하며, 축 간 거리가 먼 곳에도 전달할 수 있는 것이 장점이다. 반대로 미끄럼이 생기므로 일정한 속도비를 얻을 수 없고 정확한 동력 전달은 불가능하다. 효율은 조건과 벨트 종류에 따라 90~98% 수준이며, 효율이 다소 낮아도 슬립 보호와 단순한 구조 덕분에 널리 쓰인다. V벨트는 사다리꼴 단면이 풀리 홈에 끼워져 트러스트 효과로 큰 동력 전달이 가능하고, 고속 운전이 가능하며 미끄럼이 적다. 다만 홈에 물리는 구조라 엇걸기에는 쓸 수 없다. 운전 중 유효 장력은 긴장 측 장력에서 이완 측 장력을 뺀 값이다.
베어링과 스프링은 지지와 완충을 맡는다. 구름베어링은 미끄럼베어링보다 마찰이 적고, 규격화되어 있어 호환성이 뛰어나다. 자동조심 롤러 베어링은 축심의 어긋남을 자동으로 조정하고 큰 반지름 하중과 양 방향 트러스트 하중을 받치며 충격하중에 강해 산업기계에 널리 쓰인다. 니들 베어링은 경량·소형, 원뿔 롤러 베어링은 편심 하중, 원통 롤러 베어링은 고속·고정밀 라디얼 하중 쪽이다. 스프링의 목적은 힘의 축적, 진동 흡수, 충격 완화이며, 동력을 전달하는 주된 부품은 기어·벨트·체인·커플링이다.
출제는 요소의 이름과 역할을 짝지어 놓고 하나만 어긋나게 만드는 꼴이 많다. ① 결합 요소 — 「큰 토크·양방향 회전·120° 한 쌍」이면 접선 키, 「여러 개의 키·중심 정확」이면 스플라인이다. ② 나사 — 「삼각나사=체결, 사각나사=힘 전달」을 뒤집어 놓은 선지가 함정이다. ③ 벨트 — 「정확한 동력 전달이 가능하다」거나 「V벨트로 엇걸기를 한다」는 서술은 틀린 것으로 걸러진다. ④ 베어링 — 「구름베어링은 호환성이 없다」처럼 장점을 부정형으로 뒤집는 선지가 나온다. ⑤ 스프링 — 「동력 전달」을 목적으로 적어 넣으면 오답이다.
벨트 전동의 일반적인 장점으로 볼 수 없는 것은?
정답 ④ · 벨트 전동의 일반적인 장점이 아닌 것을 고르는 문제이다. 벨트 전동은 마찰력을 이용하므로 미끄럼이 발생하는데, 이 미끄럼이 과부하 시 안전장치 역할을 하고 진동과 충격을 흡수하며, 축간 거리가 먼 경우에도 동력 전달이 가능한 것이 장점이다.
벨트 전동은 미끄럼이 발생하므로 일정한 속도비를 얻을 수 없으며, 정확한 동력 전달이 불가능합니다.
미끄럼 베어링과 비교한 구름베어링의 특징에 대한 설명으로 틀린 것은?
정답 ③ · 구름 베어링의 특징 중 틀린 설명을 고르는 문제이다. 구름 베어링은 치수가 규격화되어 표준형 양산품으로 제작되므로 교체와 호환이 매우 쉬운데, 호환성이 없다는 서술은 사실과 반대이므로 3번이 틀린 설명이다.
구름베어링은 규격화되어 있어 호환성이 뛰어나므로, 호환성이 없다는 설명은 틀렸다.
보스와 축의 둘레에 여러 개의 키(key)를 깍아 붙인 모양으로 큰 동력을 전달할 수 있고 내구력이 크면, 축과 보스의 중심을 정확하게 맞출 수 있는 특징을 가지는 것은?
정답 ④ · 축과 보스 둘레에 여러 개의 키를 깎아 붙여 큰 동력을 전달하는 결합 방식을 묻는 문제이다. 스플라인은 축 외주면에 다수의 키에 해당하는 돌기를 연속적으로 형성한 것으로, 접촉 면적이 넓어 큰 토크 전달이 가능하고 축과 보스의 중심을 정확하게 맞출 수 있어 정렬성이 우수하므로 4번이 맞다.
축과 보스 둘레에 다수의 키를 깎아 동력을 전달하며 정렬성이 우수한 결합방식은 스플라인 결합이다.
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