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1. 개요
기계재료의 최대응력 계산, 허용 하중 도출, 응력 파손 및 피로 파손의 분석, 각 기계요소의 재료 선정, 최적 치수 선정 등을 이용하여 최적의 기계부품 나아가 기계시스템을 설계하는 법을 배우는 학문이다.기계공학과에서는 총론편, 기계요소편 두 과목으로 나눠 두 학기에 나눠서 배우는 곳이 있다. 기계직 공무원의 수험과목에는 '기계설계'라는 과목으로 포함되어 있다. 필수 선수과목은 고체역학이다.
2. 내용[1]
- 총론
- 재료역학의 복습 및 신뢰도
- 응력과 변형률: 2차원 및 3차원 응력요소의 변환, 응력벡터 및 응력텐서, 변형률벡터 및 변형률텐서, 주응력 및 최대전단응력, 주변형률, 연성/취성 재료의 파괴이론(최대주응력설(Rankine설), 최대전단응력설(Tresca설), 최대변형에너지설(von Mises설/octahedral shear stress criterion), 수정된 모어원, yield curve, yield surface 등), 응력집중
- 피로파손: 고사이클/저사이클 피로파손에 대한 이론, 팜그렌-마이너 누적손상법칙, S-N 선도(바스퀸 기울기), 피로응력집중계수, 각종 피로선도(조더버그선, 거버선, AGMA선, 항복강도선, 수정된 굿맨선, 헤이그 선도, 만능선도 등), 주기적으로 변동하는 3차원 응력상태의 해석방법 등
- 공차: IT공차, 기하공차, 억지끼워맞춤 시 작용하는 응력의 크기 등
- 기계재료의 선정
- 기계요소편
- 나사: 사각나사의 역학, 효율, 자립조건, 삼각나사의 등가마찰계수, 볼트 및 너트의 강도설계, 좌굴하중, 볼트-개스킷에 예하중을 건 경우의 위험압력이나 볼트의 개수 계산하기, 2차원 나사 구조물의 합산 전단응력, 브래킷 구조물의 인장 및 전단응력 구하기 등
- 리벳: 리벳의 강도, 효율(판효율/리벳효율/조합효율), 2차원 리벳 구조물의 총 전단응력 등
- 용접: 용접의 강도, 2차원 용접의 합산 전단응력, 브래킷 구조물의 응력 구하기 등
- 축: 축의 강도설계, 강성설계, 키홈에 의한 영향의 고려방법, 축의 진동 - 위험속도[2], 오일 훨, 오일 휩 등
- 미끄럼 베어링: 페트로프식, 베어링 상수, 스트리벡 곡선, 좀머펠트 수, 허용압력 p와 pv로부터 길이와 지름 설계하기, 발열량 구하기, 오일 휩 및 훨 현상의 겅진주파수 등
- 구름 베어링: 베어링 파괴에 대한 신뢰도곡선, 정정격하중 및 동정격하중, 하중계수 및 속도계수, 동등가하중 및 수명 구하기, 반고정베어링계의 하중상태 적용 등
- 축이음: 마찰원통 커플링, 플랜지의 전달토크, 강도설계, 유니버설 커플링의 동역학, 원판 클러치의 균일압력 및 균일마모 조건, 원추 클러치의 등가마찰계수, 다판 클러치 설계 등
- 키, 핀, 코터: 강도설계, 코터의 자립조건 등
- 마찰차: 원통마찰차의 역학, V홈 마찰차의 등가마찰계수 및 홈의 개수, 원추마찰차의 역학, 기타 원판마찰차, 에반스 마찰차, 구면마찰차 등
- 기어: 치형곡선의 조건[3], 평기어의 각종 치수, 물림률, 미끄럼률, 전달력, 마찰각, 강도설계[4], 전위기어, 헬리컬 기어, 베벨 기어, 웜기어 등
- 벨트, 체인, 로프: 아이텔바인 식, 장력비와 유효장력과 초기장력과 T2와 T1의 관계, 벨트 강도설계 및 가닥 수 구하기, V벨트의 등가마찰계수, 로프의 장력 및 처짐량 등
- 브레이크 및 관성차: 디스크 브레이크, 벨트 브레이크, 원판 브레이크, 원추 브레이크, 드럼 브레이크 의 제동력과 발열 구하기, 플라이휠 설계하기 등
- 스프링: 스프링상수[5] 및 스프링계수[6], 압축, 인장, 비틀림 코일스프링, 토션바, 겹판스프링, 고무스프링, 공기스프링 등 각종 스프링의 초기응력, 최대응력, 처짐량, 권수(감김수), 길이, 좌굴하중, 서징현상, 피로해석, 왈의 응력계수 등
3. 각종 시험에서의 출제
객관식 시험은 이렇다.논술형 시험은 이렇다.
4. 교재
한국식(일본식)과 미국식으로 나뉜다. 용도에 따라 적절히 선택해야 한다. 한국식(일본식) 책은 주로 각종 시험에, 미국식 책은 학부 수업에 주로 쓰인다.- 위을복 - 일반기계기사+건설기계설비기사 필답형 대비 책. 생각보다 책이 깔끔하여 독학이 가능하다. 각종 기사(기술자격) 시험이 주된 목표지만, 기술고시 문제 중 기사의 설계방식을 활용[7]하여 출제한 문제가 있기 때문에 고시생도 보는 것이 좋다.
- 홍장표 - 최신판 9판. 기술고시 초시생부터 장수생까지 모두 보는 책. 8판초판에서는 오류가 넘쳐났으나 개정판에서 다수 고쳐졌고, 9판에서 또 고쳐지고 몇 내용이 추가되었다.
- 정남용 - 일반기계기사+α 정도 수준의 책이다. 피로설계는 제대로 설명되어 있지 않으며, 홍장표에서 다루지 않는 로프, 래칫, 원추 코일 스프링, 배관일반 등이 있어 일장일단이 있다.
- 장희석(최신 기계설계) - 몇 부분의 설명이 타 책보다 자세하고 일반적인 수험범위 외의 부분(타원형 기어, 캠, 최적설계 등) 또한 포함되어 있다. 연습문제 풀이에 오류가 좀 있다고 한다.
- 주비날 - 최신판 7판. 위의 홍장표 교수가 기계설계책을 집필할 때 참고한 책으로 알려져 있다.
- 우그랄 - 최신판 3판.
- 시글리(니스벳) - 최신판 9판(원서 11판).
- 노턴 - 최신판 3판(원서 5판). 피로파괴에 대한 설명이 자세히 되어 있다.