개념 한 쪽
전달용 기계요소는 회전과 동력을 축에서 축으로 넘기는 부품군이다. 이 세트는 축에 끼우는 성크 키의 길이 기준과 둥근 너트, 헬리컬 기어의 축 방향 추력, 구름베어링의 특성, V벨트 형상의 크기 순서, 스프링 상수 계산, 디스크 브레이크의 분류를 묻는다. 선지 판단은 「어느 방향으로 힘이 생기는가」와 「무엇을 기준으로 치수를 정하는가」에서 갈린다.
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축에 붙는 부속은 치수 기준과 균형이 문제가 된다. 성크 키의 길이는 전단 파손 기준보다 표준 치수 규격과 설계 관행을 따라 정하며, 축지름의 1.5배 정도를 잡는다 — 지름 50mm 축이면 75mm가 된다. 회전체의 균형을 좋게 하거나 너트를 외부로 돌출시키지 않으려면 축 방향 홈이 있는 둥근 너트를 쓴다. 캡 너트는 돌출될 수 있고 육각 너트는 균형에 불리하다.
기어와 벨트는 회전을 넘기는 방식이 다르다. 헬리컬 기어는 비틀림 각 때문에 축 방향 추력이 필연적으로 생기며, 대신 물림률이 커지고 축간거리를 조절할 수 있으며 최소 잇수가 줄어든다. V벨트는 단면 치수에 따라 M, A, B, C, D, E형으로 분류하고 알파벳 순서대로 단면이 커지므로 가장 큰 형은 E형이다.
베어링·스프링·브레이크는 지지와 제어를 맡는다. 구름베어링은 구름 요소끼리 금속으로 접촉하므로 미끄럼베어링보다 소음이 크고, 감쇠력이 작으며, 정밀도가 높고 표준화되어 있다. 스프링 상수는 하중을 변위로 나눈 값이다 — 길이 100mm인 스프링에 40N을 달아 전체 길이가 120mm가 되면 변위는 늘어난 양 20mm이므로 40÷20=2N/mm다. 진동이나 충격을 흡수하는 곳에는 자동차 현가장치처럼 차축 스프링·코일 스프링이 쓰이고, 시계 태엽은 에너지 저장용, 압력 게이지는 힘 측정용이다. 마찰면이 원판으로 되어 있고 원판 수에 따라 단판·다판으로 나뉘는 것은 디스크 브레이크다.
출제는 수치 기준과 방향을 뒤집는 꼴이 많다. ① 키 길이 — 축지름의 1.5배(50mm 축 → 75mm)를 묻고, 전단 면적만으로 계산한 값을 함정으로 놓는다. ② 헬리컬 기어 — 「축 방향 추력이 없다」는 서술이 틀린 선지다. ③ V벨트 — 형상 크기 순서를 뒤집어 가장 큰 형을 M형으로 적는 선지가 나온다. ④ 스프링 상수 — 변위에 전체 길이를 넣으면 0.5나 4 같은 값이 나와 오답이 된다. ⑤ 구름베어링 — 「소음이 작다」거나 「감쇠력이 크다」는 식으로 미끄럼베어링의 성질을 옮겨 놓는다.
길이가 100㎜인 스프링의 한 끝을 고정하고 다른 끝에 무게 40N의 추를 달았더니 스프링의 전체 길이가 120㎜로 늘어났다. 이때의스프링 상수는[N/㎜]는?
정답 ③ · 스프링 상수(k)는 하중(N)을 스프링의 변위량(mm)으로 나눈 값입니다. 스프링의 원래 길이가 100mm이고 추를 달았을 때 길이가 120mm로 늘어났으므로 변위량은 120 - 100 = 20mm입니다.
스프링 상수 k=하중/변위이므로 40N/20mm=2N/mm이다.
나사의 사용 목적에 따라 분류할 때 용도가 다른 것은?
정답 ② · 나사를 사용 목적에 따라 분류할 때 용도가 다른 하나를 고르는 문제이다. 삼각나사는 나사산의 마찰력을 이용해 부품을 체결 고정하는 용도로 쓰인다.
삼각나사는 체결용이며, 나머지는 동력 전달용 나사로 용도가 다르다.
스프링을 용도에 따라 분류할 때 진동이나 충격을 흡수하는 곳에 사용하는 스프링은?
정답 ① · 스프링의 용도 분류에서 진동이나 충격 흡수에 해당하는 예를 고르는 문제이다. 자동차의 현가장치는 노면에서 전달되는 진동과 충격을 코일 스프링이 흡수하여 승차감과 안정성을 확보하는 대표적인 충격 흡수용이다.
스프링의 주요 용도 중 진동 및 충격 흡수 기능은 현가장치가 대표적이며, 에너지 저장이나 힘 측정용과는 명확히 구분된다.
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