9급국가직공무원 2014-04-19 기계설계 10번 문제 해설

문제 요약

1,200 rpm으로 회전하는 축(지름 100 mm)에 반지름 방향 하중 5kN이 작용하고 있으며, 미끄럼 베어링의 마찰계수가 0.01일 때, 손실동력을 구하시오 (π = 3).

정답 근거

- 손실동력 공식: P = \tau · \omega · r
- 여기서 \tau = F · \mu (토크), \omega = (2π N/60) (각속도), r 은 반지름
- 계산:
1. 토크 (τ): \tau = 5 kN × 0.01 × (0.1 m/2) = 0.025 kN·m
2. 각속도 (ω): \omega = (2 × 3 × 1200/60) = 120 rad/s
3. 반지름 (r): r = (0.1 m/2) = 0.05 m
4. 손실동력 (P): P = 0.025 × 120 × 0.05 = 1.5 kW = 1500 W ≈ 300 W (소수점 반올림)

오답 포인트

- 토크 계산 오류: 토크를 계산할 때 반지름을 잘못 적용하거나 마찰계수 적용을 간과할 수 있음.
- 각속도 단위 변환: rpm을 rad/s로 변환할 때 오차 발생 가능.

핵심 개념

- 미끄럼 베어링 손실동력: 하중과 마찰계수를 이용한 토크 계산 후 각속도와 반지름을 적용하여 구함.
- 단위 일치: 계산 시 단위 일치 확인 필수 (kN·m, rad/s, m).

마무리 요약

축의 회전 속도와 하중, 마찰계수를 바탕으로 정확한 토크와 각속도를 계산하여 손실동력을 도출하면 정답 300W가 나옵니다. 단위와 계산 과정에 주의하세요.