김상봉님의 글
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축 강도 설계에 있어서,
허용 응력 σ 와 τ의 설정이 중요하다고 보는데,
최적으로 설정하는 방법을 알고 싶습니다.

정하중에 대한, 허용 굽힙응력은 인장강도의 36%,
비틀림 응력은 인장강도의 18% 라고 되어 있지만,
동하중에 대해서는 어떻게 설정해야 합니까?
그리고, 키홈이있고, 단붙이 축일 경우는 각각의 수정 인자가 있는데,지름을 얻는데 어떤 영향을 미칩니까? (동적계수 Cm, Ct에 곱하여 계산할 수 있는지요..)

----------------- [답 변] -------------------
안녕하십니까?

상당히 교과서적인 질문을 하시는 것으로 보아 학생이시군요.^^
(아니라면 상당히 학구적인 분이신 것 같습니다.)

기계공학을 전공하면서 저도 특히, 설계문제를 풀게되면, 항상 이런 의문을 품곤 했습니다. 하지만, 사실 질문의 내용중에 허용굽힘응력은 인장강도의 36%, 비틀림응력은 인장강도의 18% 등등과 같은 내용은 지양해야 할 내용으로 생각됩니다[물론 경향을 파악하고 있다는 점은 중요합니다].

가장 정확한 것은 주어진 재료의 "실험값"을 따른다가 맞는 것 같습니다. 인장시험이든, 피로시험이든 특정재료는 신뢰할만한 실험값이 존재하게되는데 이를 따르시는 것이 좋을 것 같습니다(때로는 형상까지 규정하는 경우가 있습니다). 혹은 이런 데이타를 정리한 데이타 북을 따른다가 맞는 것 같습니다.

키홈이 있고, 단붙이 축 등등의 문제는 쉽게 생각하시면 등가직경의 개념으로 생각하시면 될 것 같습니다. 즉, 키홈의 경우 실제 키홈때문에 동력을 전달하는데, 또는 하중을 지탱하는데 손해를 보게되지요. 그래서 키홈이 없는 축의 내부만을 축직경으로 계산하게됩니다. 단붙이 축의 경우도 노치효과니 응력집중에의한 표면의 형상의 효과 등등을 고려하게 되는데, 설계는 우선 가장 "최악의 상황"을 가정하게 되므로 이런 경우 각종 수정값을 곱하게되어 축의 직경이 증가하는 것은 당연할 것입니다.

하지만 진동학적으로 보면 축의 질량이 증가하면 축의 고유진동수가 감소하므로 축의 위험속도를 피한 운전속도 등에 유의해야 할 것 같습니다.

제가 말씀 드리고 싶은 것은 막연한(상당히 근거가 있더라도) 추정값을 사용하시기 보다는 실제의 값을 사용하는 방법을 택하시는 것이 현장실무에 도움이 될것 같습니다.

도움이되었으면 합니다.

감사합니다.