[건설기계기술사 제140회 4교시 5번] 동력을 사용하는 가설 구조물용 스크류 잭(Screw Jack)에 대하여 … 답안 개요

4교시 5번 · 25점 · 6문제 중 4문제 선택 · 100분

동력을 사용하는 가설 구조물용 스크류 잭(Screw Jack)에 대하여 아래 각 사항에 대하여 설명하시오.

하중을 들어 올리기 위한 토크
하중을 내리기 위한 토크

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답안 구조

개요
스크류 잭의 기본 원리
하중 인상 토크
하중 인하 토크
스크류 잭의 안전 및 효율성 고려사항
결론

용어 정의

스크류 잭: 나사(Screw)의 원리를 이용하여 중량물을 들어 올리거나 내리는 기계 장치로, 가설 구조물 지지 등에 사용된다.
리드 각 (Lead Angle): 나사산이 수평면과 이루는 각도로, 나사가 회전할 때 나아가는 정도를 나타내며 토크 계산의 주요 변수이다.
마찰 계수 (Coefficient of Friction): 나사와 너트 사이, 그리고 칼라 마찰 등 스크류 잭 작동 시 발생하는 저항의 크기를 나타내는 무차원 값이다.

핵심 내용

1)

스크류 잭의 동력 전달 메커니즘
인상 토크 결정의 주요 인자: 하중, 나사 피치, 평균 직경, 마찰 계수, 리드 각
나사 효율과 인상에 필요한 동력
자체 잠김(Self-locking) 상태에서 인상 필요 토크

공식: $T_L = \frac{W d_m}{2} \tan(\lambda + \phi)$ , $\tan \lambda = \frac{p}{\pi d_m}$ , $\tan \phi = \mu$

풀이 순서: 하중(W) 및 나사 제원 (평균 직경 d_m, 피치 p) 확인 → 나사-너트 간의 마찰 계수 (\mu) 설정 → 리드 각 (\lambda) 및 마찰 각 (\phi) 계산 → 나사 인상에 필요한 힘 산출 → 힘을 토크로 변환하는 공식 적용 → 칼라 마찰 등 추가 저항 고려

2)

인하 토크 결정의 주요 인자: 하중, 나사 피치, 평균 직경, 마찰 계수, 리드 각
자연 강하(Self-lowering) 조건과 제어 토크
자체 잠김 상태에서 강제 인하 필요 토크
안전한 하강 속도 제어를 위한 조건

공식: $T_D = \frac{W d_m}{2} \tan(\lambda - \phi) \quad \text{(if } \lambda > \phi)$ , $T_D = \frac{W d_m}{2} \tan(\phi - \lambda) \quad \text{(if } \phi > \lambda \text{ for overcoming self-locking)}$ , $\tan \lambda = \frac{p}{\pi d_m}$ , $\tan \phi = \mu$

풀이 순서: 하중(W) 및 나사 제원 (평균 직경 d_m, 피치 p) 확인 → 나사-너트 간의 마찰 계수 (\mu) 설정 → 리드 각 (\lambda) 및 마찰 각 (\phi) 계산 → 자체 잠김 여부 판단 (\lambda 와 \phi 비교) → 하강에 필요한 힘 산출 (강제 인하 또는 제어) → 힘을 토크로 변환하는 공식 적용

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출처: 한국산업인력공단, Q-Net 자료실 · 공공누리 제1유형 · 원문(Q-Net)