계산기 사용가능 여부 가능
기계설계 2 2
제 3 문. 다음 그림과 같이 두께가 다른 두 종류의 스프링판으로 구성된 겹판스프링이 양끝에서 지지되어 하중 P를 받고 있다. 다음 물음에 답하시오. (총 30점)
l e P
두께 12 mm짜리 2장 두께 10 mm짜리 8장
1) 스프링판 두께를 각각 , , 상응하는 겹수를 각각 , 라 할 때, 최대응력
max와 하중점에서의 최대처짐량 max를 유도하시오. (단, 죔쇠의 영향은 무시한다) (10점)
2) 스프링 소재의 탄성계수
E
＝ 200 GPa, 스프링 폭b
＝ 60 mm, 스팬길이l
＝ 600 mm, 죔쇠(클램프) 폭e
＝ 100 mm, 두께 10 mm의 판 8장과 두께 12 mm의 판 2장으로 구성된 총 판수가 10장인 겹판스프링에 하중 P ＝4,000 kgf가 가해졌을 때, 최대응력 max와 최대처짐량 max를 계산하시오. (단, 죔쇠의 영향은 무시한다) (10점)3) 스프링판 사이의 마찰을 고려하는 경우, 스프링의 하중－처짐 곡선을 간단하게 작도하고 설명하시오. (10점)
제 4 문. 다음 그림과 같은 치차감속장치(수치의 단위는 mm)의 중간축이 구동축으로 부터 20 kW의 동력을 받아서 500 rpm으로 회전한다. 다음 물음에 답하시오.
(총 20점) 1) 치차의 압력각을 0 °로 가정하여 치차의 접선력만을 고려할 때, 중간축의 지름 [mm]을 구하시오. (단, 치차 및 축의 무게를 무시하고 축의 허용전단강도는 60 MPa, 허용인장강도는 80 MPa이다) (10점)
2) 치차의 압력각을 20 °로 하고 묻힘키이의 홈을 고려할 때(키이 홈 고려 허용 응력비는 0.75), 중간축의 지름[mm]을 구하시오. (단, 가벼운 충격을 받는 상태로 가정하고, 굽힘모멘트 동적효과계수는 2.0, 비틀림모멘트 동적효과계수는 1.5이다) (10점)
Motor
300
100
150 200 150
중간축
구동축 피동축
행정안전부 시험출제과장
계산기 사용가능 여부 가능
기계설계 1 2
기계설계
2011년도 5급(기술) 공무원 공채 제2차시험
응시번호 : 성명 :
제 1 문. 반복하중을 받는 재료의 수명예측에 대하여 다음 물음에 답하시오. (총 20점) 1) 응력의 크기가 각각 다른 반복하중을 받는 재료의 수명을 예측하는 방법 중
하나인 마이너 법칙(Miner's rule)에 대하여 설명하시오. (5점)
2) 응력과 반복횟수의 관계가 으로 표현되어 S-N선도에서 선형인 어떤 재료가 420 MPa에서 12,000 cycle, 280 MPa에서 280,000 cycle의 수명을 갖는다.
이 재료를 사용한 부재에 420 MPa의 응력을 발생시키는 하중이 5,000 cycle, 280 MPa 하중이 30,000 cycle 작용하고 있다. 이때 350 MPa의 응력을 발생 시키는 하중이 추가로 작용되었을 때, 마이너 법칙을 사용하여 부재가 파괴되는 수명(cycle)을 구하시오. (15점)
제 2 문. 압력각 20 °, 모듈 5, 이폭 50 mm인 한 쌍의 평기어가 있다. 다음 표를 참조
하여 물음에 답하시오. (총 30점)
1) 피니언의 잇수가 20, 기어의 잇수가 60일 때, 이의 간섭 여부를 판단하시오. (5점) 2) 피니언의 회전수가 750 rpm, 재질이 SM35C(HB＝ 150)일 때, 굽힘강도 기준으로
피니언 회전력을 구하시오. (5점)
3) 기어의 회전수가 250 rpm, 재질이 GC300일 때, 굽힘강도 기준으로 기어 회전력을 구하시오. (5점)
4) 면압강도 기준으로 회전력을 구하시오. (5점)
5) 위 결과들을 바탕으로 기어의 전달동력을 구하시오. (10점)
<표 1> 기어재료의 허용응력
종류 기호 인장강도
(N/mm2)
브리넬경도 (HB)
허용굽힘응력 (N/mm2)
주철
GC150 150 이상 212 이하 69
GC200 200 이상 223 이하 88
GC250 250 이상 241 이하 108
GC300 300 이상 262 이하 127
기계구조용 탄소강
SM25C 441 이상 123 － 183 206 SM35C 510 이상 149 － 207 255 SM45C 569 이상 167 － 229 294
<표 2> 평기어의 모듈기준 치형계수
잇수 압력각 20 ° 잇수 압력각 20 °
16 0.296 50 0.409
20 0.322 60 0.422
30 0.359 75 0.435
<표 3> 기어재료의 접촉면 응력계수(비응력계수) 기어재료
(경도, HB)
비응력 계수 (N/mm2)
기어재료 (경도, HB)
비응력 계수 (N/mm2)
기어재료 (경도, HB)
비응력 계수 (N/mm2) 피니언 기어 압력각 20 ° 피니언 기어 압력각 20 ° 피니언 기어 압력각 20 ° 강(150) 강(150) 0.265 강(250) 강(250) 0.843 강(150) 주철 0.382 강(200) 강(150) 0.382 강(300) 강(250) 1.049 강(200) 주철 0.774 강(250) 강(150) 0.519 강(350) 강(250) 1.274 강(250) 주철 1.274
