기계기사 실기 필답형 문제
추천글 : 【기계기사】 기계기사 목차
1. 개요 [본문]
2. 나사 [본문]
3. 키, 핀, 코터 [본문]
4. 리벳 이음 [본문]
5. 용접 이음 [본문]
6. 축 [본문]
7. 축 이음 [본문]
8. 베어링 [본문]
9. 마찰차 [본문]
10. 기어 [본문]
11. 감아걸기 전동요소 [본문]
12. 브레이크 [본문]
13. 스프링 [본문]
14. 관, 플라이휠 [본문]
15. 참고 링크 [본문]
1. 개요 [목차]
⑴ 공통
① H' = Tω
② T = P × d / 2
⑵ 재료역학 기본
① 인장과 압축
② 전단
③ 비틀림
④ 굽힘
⑶ (참고) 형상 모델링 기법
① 와이어 프레임 모델링(wire frame modeling)
② 서피스 모델링(surface modeling)
③ 솔리드 모델링(solid modeling)
2. 나사 [목차]
⑴ 공통
① 나사의 자유물체도
Figure. 1. 나사의 자유물체도
○ 축방향의 힘 : 축 방향으로 나사가 받고 있는 힘. Q로 표시
○ 나사의 회전력 : 나사에게 가해지는 힘. P로 표시
○ 리드 (ℓ) : 한 바퀴 회전할 때 전진할 수 있는 거리. ℓ = πp
○ 리드각 (λ) : tan λ = ℓ / πde (de : 유효지름)
○ 마찰각 (ρ) : 계산상의 편의를 위해 도입된 추상적인 개념. ρ = arctan μ
② 나사의 종류
Figure. 2. 삼각나사 (왼쪽), 사다리꼴 나사 (가운데), 사각나사 (오른쪽)
○ 결합용 나사 : 삼각나사
○ 운동용 나사 : 사각나사, 사다리꼴나사
⑵ 사각나사
① 개요
○ 안지름 : 골지름이라고도 함
○ 유효지름 (de) : de = (d2 + d1) / 2 (단, d2 : 나사의 바깥지름, d1 : 나사의 안지름)
○ 외경만 주어진 경우 di = 0.8 do (단, M3보다 클 것)
○ 나사산의 높이 (h) = 접촉높이 = 피치 / 2
○ 피치 = d2 - d1
② 나사를 죌 때
③ 나사를 풀 때 : ②와의 대칭성을 이용
④ 토크
○ T = T1 + T2
○ T1 : 자릿면 토크. 자릿면 마찰계수와 관련
○ T2 : 너트부 토크. 나사부 마찰계수, 너트부 마찰계수와 관련
⑤ 나사잭의 효율 = pQ / 2πT
○ pQ = 나사를 한 피치 이동시킬 때 필요한 에너지 = 출력
○ 2πT = 한 바퀴 회전시킬 때 필요한 토크 에너지 = 입력
○ T1 = 0인 경우 : 나사잭의 효율 = tan λ / tan (μ + λ)
○ tan λ : 마찰이 없을 때 나사를 한 피치 이동시키는 것과 관련 있는 것. 즉 출력
○ tan (μ + λ) : 마찰을 고려하여 나사를 한 피치 이동시키는 것과 관련 있는 것. 즉 입력
⑥ 면압력
○ 정의 : 주변 구조물에서 나사를 둘러싸는 면에 가해지는 압력
○ 수식화 : 단위 축하중 / 단위 면적 = 축하중 × 피치 / (단위 면적 × 높이)
⑶ 삼각나사, 사다리꼴 나사
① 삼각나사 (=미터 나사)
○ M(호칭지름 x 피치)로 표시 : 호칭지름은 외경을 의미
○ 나사산의 각도 : 60°. Figure. 2. 참고
② 사다리꼴나사
○ TM(미터계) : 30°. Figure. 2. 참고
○ TW(미터계) : 29°. Figure. 2. 참고
③ 상당 마찰계수 : 계산상의 편의를 위해 도입된 추상적인 개념
⑷ 볼트 (나사잭)
① 축 하중만 받는 경우 : 원래는 4/π가 계수로 와야 하는데 안전하게 2로 올렸다고 보면 됨
② 축 하중과 비틀림을 동시에 받는 경우 : 비틀림 하중은 경험적으로 축 하중의 1/3
⑸ 너트 : 난이도는 쉬운 편
⑹ (참고) 기타
① 나사/볼트/너트의 풀림방지법
○ 멈춤 나사(set screw)
○ 와셔 (스프링, 고무, 턱붙이, 이붙이, 혀붙이 등)
○ 로크 너트(lock nut)
○ 자동 조임 너트(self-locking nut)
○ 분할 핀(split pin)
○ 고정 판(locking plate)
○ 플라스틱 플러그(plastic plug)
② 태핑 나사(tapping screw)
○ 몸체를 침탄 담금질 처리하여 경화시킨 작은 나사
○ 드릴 구멍에 끼워 암나사를 내면서 죄는 나사
③ 로크 너트(lock nut)
○ 너트의 풀림을 방지하기 위한 너트로, 2개의 너트를 끼워 아래에 위치한 너트
④ 리머 볼트(reamer bolt)
○ 담금질한 볼트로, 리머 다듬질한 구멍에 넣어 체결하는 볼트
3. 키, 핀, 코터 [목차]
⑴ 묻힘 키(sunk key)
Figure. 4. 묻힘 키
① 키의 호칭은 b × h × ℓ로 표시함
② 압축강도 (압축응력)
③ 전단강도 (전단응력)
⑵ 스플라인 키(spline key)
① 접촉효율
○ 일반적으로 0.75 정도
○ 실제 가해지는 토크를 0.75 정도 작게 함
② 면압력
○ 정의 : 주변 구조물에서 나사를 둘러싸는 면에 가해지는 압력
○ 필렛의 정도 c 값을 유의해야 함 : 단, c = 0으로 주어지는 경우도 많음
⑶ 핀 (너클 핀)
⑷ 코터
4. 리벳 이음(rivet joint) [목차]
⑴ 공통
Figure. 6. 리벳 이음의 예시
① 피치 : 리벳과 리벳 사이의 거리
② 종류
○ 겹치기 이음 (단일 전단면) : 가중치 = 1
○ 한쪽 덮개판 한줄 맞대기 이음 (단일 전단면) : 가중치 = 1
○ 양쪽 덮개판 한줄 맞대기 이음 (복 전단면) : 가중치 = 1.8
⑵ 중심하중 리벳 이음
⑶ 편심하중 리벳 이음
① 직접 전단하중 (F1)
② 모멘트 전단하중 (F2)
③ 전체 전단하중 (Ftot) : 제2코사인 법칙을 활용
④ 특정 리벳에 걸리는 토크 : 그 리벳이 리벳들의 중심으로부터 거리가 ri만큼 떨어져 있을 때,
5. 용접 이음(welded joint) [목차]
⑴ 개요
① 맞대기 용접 이음
② 필렛 용접 이음
⑵ 중심하중 용접 이음
⑶ 편심하중 용접 이음
① 특정 미소 면적 dS에 걸리는 토크 : 그 미소 면적이 용접 이음들의 중심으로부터 거리가 ri만큼 떨어져 있을 때,
⑷ (참고) 용접부의 잔류응력 완화법
① 풀림(annealing) 처리
② 저온 응력완화법
③ 기계적 응력완화법
④ 피닝(peening)법
6. 축(shaft) [목차]
⑴ 강도 설계
① 굽힘모멘트만 받는 축
② 비틀림모멘트만 받는 축
③ 굽힘모멘트와 비틀림모멘트를 동시에 받는 축
⑵ 강성 설계
① 비틀림 강성
② 굽힘 강성
③ 위험 속도
○ 던커레이 실험식 : 여러 개의 회전체를 가진 축에 대한 식
⑶ 위험 속도
① 중앙에 1개의 회전체를 가진 축
② 여러개의 회전체를 가진 축
7. 축 이음 [목차]
⑴ 커플링
① 원통 커플링
○ 2개의 축을 분할된 반원통으로 감싸고 그 조임력에 의한 마찰력으로 동력을 전달하는 장치
○ P = μπQ가 성립 (∵ 원통으로 둘러싸이므로)
② 클램프 커플링 (분할 원통 커플링)
○ P = μπQ가 성립 (∵ 원통으로 둘러싸이므로)
③ 플랜지 커플링
○ P = μQ
○ 볼트 구멍의 피치원 지름 : 중심으로부터 볼트 구멍이 떨어진 거리
⑵ 클러치
① 원판 클러치
○ 단판 클러치
○ 다판 클러치
② 원추 클러치
8. 베어링 [목차]
⑴ 개요 : 베어링은 규격화가 많이 되어 있어 규격표를 이용한 문제가 많이 나옴
⑵ 종류 1. 미끄럼 베어링
① 1-1. 엔드 저널 (끝 저널)
② 1-2. 중간 저널
③ 1-3. 피봇 저널
⑶ 종류 2. 구름 베어링
① 베어링 번호 뒤 두 자리에서 5를 곱하면 내경을 구할 수 있음
○ 예 : 6010 볼베어링은 10 × 5 = 50 mm의 내경을 가짐
② 베어링 하중 (P)
○ 레이디얼 등가하중 = XVPr + YPt
○ 스러스트 등가하중 = XPr + YPt
○ X : 레이디얼 계수
○ Y : 스러스트 계수
○ V : 회전계수
③ 수명회전수 (Ln)
○ C : 기본 동 정격하중
○ P : 베어링 하중
○ r : 지수. 볼베어링은 3, 롤러 베어링은 10/3
○ fw : 하중계수
④ 한계속도지수 d × N
○ N : 베어링의 최대 사용 회전수
9. 마찰차(friction wheel) [목차]
⑴ 종류 1. 원통 마찰차
① 접선 마찰로 동력이 전달되는 장치
⑵ 종류 2. 홈 마찰차
① f : 선압력. 원기둥 둘레가 바닥에 닿아 있는 경우 접촉면적보다는 접촉선이 더 적절함
② 회전 방향으로 홈이 나 있는 점에서 기어와 다름
⑶ 종류 3. 원추 마찰차
① 원동차 (입력단), 종동차 (출력단)
② 감속비 i = 입력 속도 / 출력 속도 = 종동차 직경 / 원동차 직경
③ α + β = θ
⑷ 종류 4. 무단변속 마찰차
① 4-1. 원판
② 4-2. 크라운
Figure. 14. 크라운 마찰차
③ 4-3. 에반스 : 주동차, 종동차, 가죽 벨트로 구성
Figure. 15. 에반스 마찰차
10. 기어 [목차]
⑴ 종류 1. 스퍼기어 (표준기어, 평기어)
① 용어
○ 기초원지름 : 이를 만들기 시작하는 원지름
○ 피치원지름 : 양 기어의 접촉점을 원으로 이은 원지름
○ 이끝원지름
○ 이뿌리지름
○ 이높이
② 루이스 굽힘강도식
○ P : 허용 하중 (단위 : N)
○ fv : 속도계수 (단위 : A.U.)
○ fw : 하중계수 (단위 : A.U.)
○ σb : 굽힘응력 (단위 : Pa)
○ p : 피치 (단위 : mm)
○ b : 폭 (단위 : mm)
○ y, Y : 치형계수 (단위 : A.U.)
○ m : 모듈 (단위 : mm)
③ 헤르츠 면압강도식
○ P : 허용하중
○ K : 접촉면 응력계수, 허용 접촉면 응력
○ Zi : 잇수
⑵ 종류 2. 헬리컬 기어(helical gear)
① 개요
○ 장점 : 평기어에 비해 소음이 작고 물림률이 큼
○ 단점 : 스러스트 하중 베어링이 필요
○ 평기어는 저속용에 적합하고 헬리컬 기어는 고속용에 적합
② 치직각
○ 정의 : 기어의 이의 방향으로 치수를 해석한 것
○ 맞물리는 두 개의 헬리컬 기어는 서로 치직각 모듈이 같아야 함
③ 축직각
○ 정의 : 축과 수직한 방향으로 치수를 해석한 것
○ 치직각 피치(p)와 축직각 피치(ps)의 관계식
④ 외경 (Do) = Ds + 2m
⑤ 루이스 굽힘강도식
⑥ 헤르츠 면압강도식
○ Cw : 공작 정밀도 계수. 0.75 또는 1
⑶ 종류 3. 웜 기어
① 개요
○ 웜이 웜 기어에게 동력을 전달하는 장치
○ 긴급제동장치에 활용
○ 웜과 웜휠의 맞물림을 위해 비틀림각과 리드각이 동일함
○ 웜과 웜휠의 방향이 수직하기 때문에 잇수비 ≠ 직경비
② 속도비
○ Zw : 웜의 잇수
○ Zg : 웜휠의 잇수
○ Zw : 웜의 회전수
○ Ng : 웜휠의 회전수
③ 압력각
④ 웜의 전달력
○ Pw : 웜에 작용하는 접선력. 나사에서 P와 대응
○ Pg : 웜휠에 작용하는 접선력. 나사에서 Q와 대응
○ Pn : 전체 하중
⑤ 웜기어의 효율
⑥ 웜휠의 굽힘강도
⑷ 종류 4. 베벨 기어
⑸ 종류 5. 전위기어(profile shifted gear)
① 기어를 절삭할 때 공구 모양을 바꾸지 않고 위치를 옮겨 절삭하는 방법
② 목적
○ 이의 언더컷 방지
○ 인벌류트 표준기어의 결점을 개선
○ 물림률(접촉률) 증가
○ 이의 강도 증가
○ 축간 거리 조정 (축간 거리 수정 용이)
○ 표준기어에 비해 최소 잇수 감소
③ 수식화
○ α' : 백래시가 0이 되도록 하는 물림 압력각
⑹ (참고) 기타
① 언더컷(undercut)
○ 이의 간섭이 일어나는 한 쌍의 기어를 회전시킬 때, 큰 기어의 이 끝 부분이 작은 기어의 이뿌리를 갉아버리는 현상
○ 언더컷의 방지법
○ 압력각을 크게 함 (20° 이상으로 함)
○ 기어의 이 높이를 줄임
○ 기어의 잇수를 한계 잇수 이하로 줄임
○ 피니언의 잇수를 최소 잇수 이상으로 증가
○ 기어와 피니언의 잇수비를 작게 함
② 백래시(backlash)
○ 기어의 원활한 회전을 위해, 이와 이 사이에 주는 약간의 여유 틈새
11. 감아걸기 전동요소 [목차]
⑴ 벨트
① 접촉각 : 벨트가 한쪽 풀리를 감싸는 각변위
② 벨트의 길이
○ 바로걸기
○ 엇걸기
③ 평벨트 : μ를 활용
○ 경우 1. v ＜ 10 m/s
○ 경우 2. v ≥ 10 m/s
④ V벨트
○ 평벨트에서 μ 대신 μ'을 활용. 즉, 홈의 각도는 40°이므로
○ 벨트 가닥수
○ H : 전체의 전달동력
○ H0 : 1가닥의 전달동력
○ k1 : 접촉각 수정계수
○ k2 : 부하 수정계수
⑵ 로프
① 장력
○ w : 단위길이당 무게
○ ℓ : 중심 간 거리
○ h : 처짐량
② 길이
○ ℓ : 중심 간 거리
○ h : 처짐량
⑶ 체인
① 스프로킷 휠
② 롤러 체인
12. 브레이크 [목차]
⑴ 블록 브레이크
⑵ 내확 브레이크 (드럼 브레이크)
⑶ 축압 브레이크
① 원판 브레이크
② 원추 브레이크
⑷ 밴드 브레이크
Figure. 20. 밴드 브레이크 역학
13. 스프링 [목차]
⑴ 코일 스프링
① 왈의 응력 수정 계수
○ K : 왈의 응력 수정 계수
② 처짐량, 탄성계수
○ δ : 처짐량
○ k : 탄성계수
⑵ 겹판 스프링
① 목적 : 전체적으로 균등한 힘이 가해지도록 함
② 유효길이 : 밴드의 죔폭이 주어지면 주어진 길이 대신 유효길이를 써야 함
○ e : 밴드의 죔폭
③ 굽힘응력
④ 처짐량, 탄성계수
○ δ : 처짐량
○ k : 탄성계수
14. 관, 플라이휠 [목차]
⑴ 관
① 원주방향 응력
② 축방향 응력
⑵ 플라이 휠
15. 참고 링크 [목차]
⑵ 띵굴/필답형
⑶ 기계의 神
입력: 2021.11.02 22:46
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