기어 이의 줄이 축에 평행하고 평행한 두 축 사이에 회전운동을 전달하는 기어는?
- 웜 기어
- 크라운 기어
- 스퍼 기어
- 베벨 기어
정답과 해설 보기
정답 ③ · 문항은 축이 평행한 두 축 사이에서 회전운동을 전달하는 기어 유형을 묻고 있다. 기어 이가 축에 평행하고 평행 축 간 동력 전달에 쓰이는 것은 스퍼 기어(평기어)이므로 정답이다.
기어 이가 축에 평행하고 평행한 축 간 동력 전달에 쓰이는 것은 스퍼 기어이다.
개념 한 쪽
승강기기사 마찰차 및 캠 — 원통마찰차와 전동장치 비교
마찰차와 관련된 전동장치는 원통마찰차, 벨트·체인·로프 전동장치 등으로 구분되며, 전달거리·미끄럼·소음·장력 특성에 따라 선택 기준이 달라진다. 스퍼 기어처럼 축의 관계로 종류를 구분하는 원리와 마찰전달에서 중심거리·지름·속도비의 계산식은 핵심적인 출제 포인트다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「마찰차 및 캠」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 기어 종류 판별 | 1 | 축의 상대 위치와 기어 이 방향으로 기어 종류를 가리는 능력 |
| 장거리 전달 장치 선택 | 1 | 전동장치별 특성으로 축간거리에 적합한 방식을 고르는 능력 |
| 원통마찰차 중심거리 계산 | 1 | 속도비와 지름 관계로 두 축의 중심거리를 계산하는 능력 |
뜻
원통 마찰차는 두 원주가 맞닿아 회전하면서 동력을 전달하는 장치로, 두 축의 중심거리는 두 원의 반지름 합으로 정해진다. 속도비(회전수비)와 지름은 반비례 관계를 가지므로 회전수가 큰 쪽의 지름이 작고, 회전수가 작은 쪽의 지름이 크다는 원리를 적용해 치수를 구한다.
전동장치별로 축간거리에 대한 적합성이 다르다. 기어 전동은 두 기어의 물리적 치합으로 인해 축간거리가 반지름 합으로 제한되어 상대적으로 근거리에 적합하다는 특징을 가진다. 벨트와 체인은 길이가 길어지면 처짐과 장력 유지의 한계가 발생하여 긴 거리 전달에 불리하지만, 로프 전동은 경량과 높은 인장력으로 처짐이 적어 축간거리를 크게 할 수 있다.
벨트 종류별 특징도 구분해야 한다. V벨트는 단면이 삼각형이므로 옆면 마찰로 미끄러짐이 적고 정숙하며 장력이 크므로 베어링 부하가 증가하는 특성을 가진다. 그러나 단면 형상 때문에 벨트를 엇걸어 감는 엇걸기(crossed belt)를 적용할 수 없어 엇걸기 가능은 V벨트의 특징이 아니다.
원통마찰차나 풀리계 문제에서는 동력과 회전수, 지름으로부터 토크 및 접선 힘을 계산하는 공식이 자주 사용된다. 동력 P, 회전수 N, 직경 D 관계로부터 힘 F를 구하는 식 F = 60P/(π N D)와 토크·동력 변환식 P = 2πNT/60 등의 기본식을 익혀야 한다.
예제
1) 중심거리 계산 예시(속도비 해석 중요) 문제 재구성: 원통 마찰차에서 원동차 지름 D1=180mm이고 속도비가 1/3일 때 중심거리를 구하라(미끄럼 없음 가정)라는 유형이다. 속도비가 회전수비 N1/N2라면 지름비는 그 역수이므로 D2 = D1 × (N1/N2)^{-1} 해석을 주의한다. 여기서는 속도비 1/3이 회전수비이므로 종동차 지름은 180mm × 3 = 540mm가 되고, 반지름 합으로 중심거리는 (180/2)+(540/2)=90+270=360mm가 된다.
2) 동력으로부터 접선력 계산 예시 문제 재구성: 지름이 600mm이고 회전수가 800rpm인 원통마찰차가 12.5kW를 전달할 때 접선력을 구하라는 유형이다. 동력-회전수-토크 관계 P = 2πNT/60 및 T = F×(D/2)를 결합하면 F = 60P/(π N D) 식을 얻는다. 주어진 값 P=12500W, N=800rpm, D=0.6m를 대입하면 F ≈ 2488N가 된다.
3) 기어 종류 판별 예시 문제 재구성: 두 축이 평행하고 기어 이가 축에 평행한 경우 어떤 기어인가를 묻는 문제이다. 이 조건에 해당하는 것은 스퍼 기어이며, 축의 상대 위치에 따라 웜·크라운·베벨 기어와 구분하는 방식으로 접근한다.
대표 기출 3문항
다음 전동장치 중 일반적으로 축간거리를 가장 크게할 수 있는 것은?
- 벨트 전동장치
- 체인 전동장치
- 기어 전동장치
- 로프 전동장치
정답과 해설 보기
정답 ④ · 전동 장치 중 벨트나 체인은 두 축 간의 거리가 너무 멀 경우 중간에서 처지거나 무거워지는 한계가 있습니다. 기어 전동장치는 축 간 거리가 기어의 반지름 합으로 제한되므로 가장 짧은 거리만 가능합니다.
로프는 경량 고장력으로 처짐이 적어 벨트·체인·기어보다 축간 거리 전달이 가장 자유롭다.
원통 마찰차 전동장치에서 원동차 지름이 180㎜이고 속도비가 1/3일 때 두 축의 중심거리는? (단, 미끄럼이 없는 것으로 가정한다.)
- 120㎜
- 180㎜
- 360㎜
- 420㎜
정답과 해설 보기
정답 ③ · 문제는 원통 마찰차 전동에서 속도비와 원동차 지름이 주어졌을 때 두 축의 중심거리를 구하는 문제이다. 속도비 1/3은 지름비의 역수이므로 종동차 지름은 180 × 3 = 540 mm가 된다.
중심거리는 두 원의 반지름 합이므로, 속도비와 지름으로 종동차 크기를 구한 후 반지름을 더하면 된다.
자주 묻는 물음
- V벨트와 평벨트의 차이는 무엇인가?
- V벨트는 옆면 마찰로 미끄럼이 적고 장력이 커 베어링 부하가 증가하며 소음이 적은 특징을 가진다. 단, 삼각형 단면 때문에 엇걸기(crossed belt)를 하면 벨트가 간섭하거나 꼬여 작동 불가능하므로 엇걸기 가능은 V벨트의 특징이 아니다.
- 원통마찰차에서 중심거리를 구할 때 어떤 관계를 이용하나?
- 중심거리는 두 원의 반지름 합이며 지름으로 표현하면 C = (D1 + D2)/2를 사용한다. 속도비가 주어지면 회전수비와 지름비의 반비례 관계로 지름을 구해 연립하면 중심거리를 산출한다.
- 장거리 동력 전달에 가장 적합한 전동장치는 무엇인가?
- 로프 전동장치는 경량이면서 인장력이 강해 처짐이 적으므로 벨트·체인·기어보다 축간거리를 가장 크게 할 수 있어 장거리 전달에 적합하다.
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