2019년도 국가직 9급 기계일반 문제, 정답, 해설입니다. 질문, 오류 등 궁금사항이 있으면 댓글 남겨주세요.
<문제>
<전체정답>
42243 / 13111 / 31423 / 31434
<해설>
문 1. 큰 토크를 전달할 수 있어 자동차의 속도변환기구에 주로 사용되는 것은?
① 원뿔키(cone key)
② 안장키(saddle key)
③ 평키(flat key)
④ 스플라인(spline)
답 : ④
큰 토크 전달 → 스플라인키(spline key)에 대한 설명이다.
※키의 전달력 순서 : 세레이션>스플라인키>접선키>묻힘키>반달키>평키>안장키>핀키
문 2. 선반의 부속장치 중 관통 구멍이 있는 공작물을 고정하는 데 사용되는 것은?
① 센터(center)
② 심봉(mandrel)
③ 콜릿(collit)
④ 면판(face plate)
답 : ②
만드렐(manderl, 심봉)에 대한 설명이다.
센터 - 심압대의 스핀들(주축)에 고정, 가공물 지지 / 콜릿척 - 지름이 작은 공작물 지지 / 면판 - 대형 공작물 고정 / 방진구 - 공작물 휨방지 / 돌림판 - 주축의 회전을 돌리개를 거쳐 공작물에 전달 / 맨드릴(심봉) - 내경이 있는 작업물의 지지
문 3. 판재의 끝단을 접어서 포개어 제품의 강성을 높이고, 외관을 돋보이게 하며 날카로운 면을 없앨 수 있는 공정은?
① 플랜징(flanging)
② 헤밍(hemming)
③ 비딩(beading)
④ 딤플링(dimpling)
답 : ②
헤밍(hemming)공정에 대한설명이다.
① 플랜징(flanging) : 소재의 끝단을 직각으로 굽히는 가공
③ 비딩(beading) : 롤러를 통해 판재에 홈 형성
④ 딤플링(dimpling) : 모서리를 펀치+다이로 압착하여 안쪽으로 눌려들어가도록 하는 가공
문 4. 철강재료에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 합금강은 탄소강에 원소를 하나 이상 첨가해서 만든 강이다.
② 아공석강은 탄소함유량이 높을수록 강도와 경도가 증가한다.
③ 스테인리스강은 크롬을 첨가하여 내식성을 향상시킨 강이다.
④ 고속도강은 고탄소강을 담금질하여 강도와 경도를 현저히 향상시킨 공구강이다.
답 : ④
탄소공구강에 대한 설명이다.
② 탄소강에서 탄소함유량이 높을수록 강도, 경도가 증가하고 연성과 충격값이 감소한다.
③ 스테인리스강은 탄소공구강에 Ni(니켈), Cr(크롬)을 첨가하여 내식성과 강도, 연성을 향상시킨 합금이다.
문 5. 100MW급 발전소가 석탄을 연료로 하여 전기를 생산하고 있다. 보일러는 627 °C에서 운전되고 응축기에서는 27 °C의 폐열을 배출하고 있다면 이 발전소의 이상 효율(%)에 가장 가까운 것은?
① 4%
② 33%
③ 67%
④ 96%
답 : ③
문 6. 평판 압연 공정에서 롤압력과 압하력에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 롤압력이 최대인 점은 마찰계수가 작을수록 입구점에 가까워진다.
② 압하율이 감소할수록 최대 롤압력은 작아진다.
③ 고온에서 압연함으로써 소재의 강도를 줄여 압하력을 감소시킬 수 있다.
④ 압연 중 판재에 길이 방향의 장력을 가하여 압하력을 줄일 수 있다.
답 : ①
압연에서 마찰이 증가하면 중립점(롤압력 최대)은 입구방향으로, 감소하면 출구방향으로 이동한다.
② 일반적으로 압하율과 압하력, 최대 롤압력은 비례한다.
③④ 압연 시 압하율을 줄이는 방법 : 지름이 작은 롤, 패스당 압하율 감소, 작은 마찰, 높은 판재온도, 전/후방 장력
문 7. 그림과 같이 판재를 블랭킹할 때 필요한 최소 펀치 하중은? (단, 펀치와 판재 사이 마찰은 없고 전단이 되는 면은 판재에 수직하며, 판재의 두께는 1 mm, 전단강도는 2 kgf/mm2이고 π는 3으로 계산한다)
답 : ③
단, P : 전단력, τ : 전단강도, t : 판재두께, w : 판재폭
문 8. 금속의 응고 시 나타나는 현상에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 결정립이 커질수록 항복강도가 증가한다.
② 금속이 응고되면 일반적으로 다결정을 형성한다.
③ 결정립계의 원자들은 결정립 내부의 원자에 비해 반응성이 높아 부식되기 쉽다.
④ 용융금속이 급랭이 되면 핵생성률이 증가하여 결정립의 크기가 작아진다.
답 : ①
결정립이 커질수록 강도는 감소하고 연성은 증가한다. 결정립이 작을수록 전위밀도가 커지고 변형이 어려워져 강도가 증가하고 연성이 감소한다.
② 금속이 응고되면 일반적으로 다결정을 형성한다.
③ 결정립계는 결정결함(공공, 자기침입형, Shottky, Frenkle 결함 등)을 말하며, 불규칙적인 구조로 인해 다른 곳보다 반응성이 높다.
④ 금속의 핵생성(nucleation)률은 급냉될 때 증가하며, 다수의 결정립이 생성되고 결정립의 크기는 작아진다.
문 9. 크리프(creep)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 크리프 현상은 결정립계를 가로지르는 전위(dislocation)에 기인한다.
② 시간에 대한 변형률의 변화를 크리프 속도라고 한다.
③ 고온에서 작동하는 기계 부품 설계 및 해석에서 중요하게 고려된다.
④ 일반적으로 온도와 작용하중이 증가하면 크리프 속도가 커진다.
답 : ①
크리프현상의 원인은 결정립계의 미끄럼 및 고온에 의한 확산이다. 전위는 원자 배열의 어긋남으로 인해 미끄럼을 방해한다.
※크리프(creep) 현상 : 재료에 고온이나 정하중이 가해진 상태에서 시간이 지남에 따라 소재에 변형이 일어나는 현상이다.
② 시간에 대한 변형률 변화를 크리프속도(변형률속도)라고 하며, 기간에 따라 천이크리프(Ⅰ, 변형률속도 감소, 가공경화), 정상크리프(Ⅱ, 변형률속도 일정, 가공경화+풀림) / 가속크리프(Ⅲ, 변형률숙도 증가, 풀림) 3가지로 나뉜다. <그래프 (b) 참조>
④ 온도와 하중이 증가하면 크리프속도가 커진다. <그래프 (a) 참조>
문 10. 자중을 무시할 수 있는 길이 L인 외팔보의 자유단에 연결된 질량 m이 그림과 같이 화살표 방향으로 진동할 때의 고유진동수가 f로 주어져 있다. 외팔보의 길이가 1/2 로 줄었을 때, 고유진동수는? (단, 외팔보 단면적의 변화는 없다)
답 : ①
단, f : 고유진동수, E : 보의 탄성계수, I : 보의 단면2차모멘트, m : 보 끝에 연결된 질량, L : 보의 길이
외팔보 단면적의 변화는 없으므로 I(보의 단면2차모멘트)는 일정하다. 보의 길이 L이 1/2배가 되었으므로 f는 √(1/2³)=2√2배가 된다.
문 11. 입도가 작고 연한 연삭 입자를 공작물 표면에 접촉시킨 후 낮은 압력으로 미세한 진동을 주어 초정밀도의 표면으로 다듬질하는 가공은?
① 호닝
② 숏피닝
③ 슈퍼 피니싱
④ 와이어브러싱
답 : ③
연삭 입자, 낮은 압력, 미세한 진동 → 슈퍼피니싱에 대한 설명이다.
① 호닝(honing)은 막대 형상의 숫돌의 왕복이송운동, 회전운동을 통해 구멍 모양 공작물의 내경을 다듬질하는 가공이다.
② 숏피닝(shot peening)은 금속 숏(shot)을 가공물표면에 분사하여 압축잔류응력을 발생시켜 피로강도를 증가시키는 가공이다.
④ 와이어브러싱(wire brushing)은 브러시, 드릴 등을 스프링와이어 끝에 장착하고 이를 회전시켜 버(burr)를 제거하고 표면을 다듬질하는 공정이다.
문 12. 기어 치형에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 사이클로이드 치형의 기어는 맞물리는 두 기어의 중심 간 거리가 변하여도 각속도비가 변하지 않는다.
② 사이클로이드 치형은 균일한 미끄럼률로 인해 마멸이 균일해져서 치형의 오차가 적다.
③ 대부분의 기어에는 인벌류트 치형이 사용된다.
④ 인벌류트 치형은 랙 커터에 의한 창성법 절삭으로 정확한 치형을 쉽게 얻을 수 있다.
답 : ①
인벌류트 치형(곡선)에 대한 설명이다. 사이클로이드 치형의 기어는 중심거리가 정확해야 한다.
인벌류트 곡선 : 압력각 일정, 압력각과 모듈이 같아야 호환, 잇수에 따라 언더컷 발생, 피치점부분에서 멀어질수록 미끄럼, 마모 소음 증가, 래크커터 및 호브, 치수오차 및 전위절삭, 중심거리오차 허용, 조립이 쉬움, 전동용, 이뿌리부분이 튼튼하다.
사이클로이드 곡선 : 압력각 변화, 압력각과 창성원이 같아야 호환, 언더컷 발생하지 않음, 미끄럼과 마모 작고 일정, 많은 커터 필요, 취부 정확, 전위절삭 불가능, 중심거리오차 정확, 조립이 어려움, 정밀기계용, 효율이 높다.
문 13. 그림의 TTT곡선(Time-Temperature-Transformation diagram)에서 화살표를 따라 오스테나이트 강을 소성가공 후 담금질하는 열처리 방법은?
① 마르템퍼링(martempering)
② 마르퀜칭(marquenching)
③ 오스템퍼링(austempering)
④ 오스포밍(ausforming)
답 : ④
오스포밍(ausforming)에 대한 설명이다.
※항온열처리의 종류와 목적
1) 오스템퍼링 - Ms이상으로 항온유지, 베이나이트를 얻음
2) 마아템퍼링 - Ms~Mf 사이로 항온유지, 마텐자이트+베이나이트 조직 생성
3) 마아퀜칭 - Ms바로위에서 담금질 이후 서냉, 복잡한형상에서 마텐자이트 얻음
4) Ms퀜칭 - Ms바로아래로 냉각 이후 급냉, 잔류오스테나이트 제거
5) 오스포밍 : Ms이상온도에서 소성가공 후 급냉
문 14. 수차에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 충격수차는 대부분의 에너지를 물의 속도로부터 얻는다.
② 펠턴 수차는 저낙차에서 수량이 비교적 많은 곳에 사용하기에 적합하다.
③ 프로펠러 수차는 유체가 회전차의 축방향으로 통과하는 축류형 반동수차이다.
④ 반동수차는 회전차를 통과하는 물의 압력과 속도 감소에 대한 반동작용으로 에너지를 얻는다.
답 : ②
펠턴 수차는 고낙차에서 수량이 비교적 적은 경우에 사용한다.
※수차의 사용에너지에 따른 분류
1) 중력수차 - 물이 낙하될 때 중력에 의한 회전력을 얻음.
2) 충동수차(충격수차) - 물을 날개에 충돌시켜 속도에너지에 의해 회전력을 얻음. 펠턴수차(고낙차에서 수량이 비교적 적은 경우에 사용), 튜고수차, 오스버그수차
3) 반동수차 - 물이 회전차를 지나는 동안 압력에너지와 속도에너지를 회전차에 전달하여 회전력을 얻는 방식. 프란시스수차(고정깃과 안내깃에 의해 유도된 물이 회전차를 회전시키고 축방향으로 송출된다. 유량의 범의가 넓음.), 프로펠러수차(유체가 회전차의 축방향으로 통과하는 축류형 반동수차로 수량이 많고 저낙차인 곳에 적용. 카플란/튜브라/벌브/림수차 등), 사류수차(유수가 러너의 축을 경사진 방향으로 통과), 펌프수차(펌프형상. 저렴 및 배치가 간단)
※수차의 흐름방향에 따른 분류
1) 접선수차(tangential turbine) : 접선 방향, 펠튼 수차
2) 반경류수차(radial flow turbine) : 반경 방향, 프란시스 수차
3) 혼류수차(mixed flow turbine) : 프란시스 수차(비속도가 클 때)
4) 축류수차(propeller turbine) : 축방향, 프로펠러수차(고정익), 카플란수차(가동익)
문 15. 연삭공정에서 온도 상승이 심할 때 공작물의 표면에 나타나는 현상으로 옳지 않은 것은?
① 온도변화나 온도구배에 의하여 잔류응력이 발생한다.
② 표면에 버닝(burning) 현상이 발생한다.
③ 열응력에 의하여 셰브론 균열(chevron cracking)이 발생한다.
④ 열처리된 강 부품의 경우 템퍼링(tempering)을 일으켜 표면이 연화된다.
답 : ③
쉐브론(chevron) 균열은 압출가공 시 중심부에서 인장응력에 의해 나타나는 균열이다.
연삭공정에서 온도상승에 의해 잔류응력, 뒤틀림, 버닝현상, 템퍼링, 망상열균열 등이 발생한다.
문 16. 주조 시 용탕의 유동성(fluidity)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 합금의 경우 응고범위가 클수록 유동성은 저하된다.
② 과열 정도가 높아지면 유동성은 향상된다.
③ 개재물(inclusion)을 넣으면 유동성은 향상된다.
④ 표면장력이 크면 유동성은 저하된다.
답 : ③
개재물(inclusion)을 넣으면 유동성은 저하된다.
용융금속의 유동성 감소 원인 6가지 : 용탕의 과열 정도가 낮아질 때, 용탕이 점도에 민감할수록, 산화막이 생성될수록, 표면장력이 클수록, 개재물(inclusion)의 존재, 응고범위가 길수록
문 17. 구름 베어링에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 반지름 방향과 축방향 하중을 동시에 받을 수 없다.
② 궤도와 전동체의 틈새가 극히 작아 축심을 정확하게 유지할 수 있다.
③ 리테이너는 강구를 고르게 배치하고 강구 사이의 접촉을 방지하여 마모와 소음을 예방하는 역할을 한다.
④ 전동체의 형상에는 구, 원통, 원추 및 구면 롤러 등이 있다.
답 : ①
구름베어링은 반지름 방향과 축방향 하중을 동시에 받을 수 있다. 반면 미끄럼베어링은 반지름 방향의 하중만을 받을 수 있다.
③ 리테이너는 강구를 고르게 배치하고 강구 사이의 접촉을 방지하여 마모와 소음을 예방하는 역할을 한다.
문 18. 유체전동장치인 토크컨버터에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 속도의 전 범위에 걸쳐 무단변속이 가능하다.
② 구동축에 작용하는 비틀림 진동이나 충격을 흡수하여 동력 전달을 부드럽게 한다.
③ 부하에 의한 원동기의 정지가 없다.
④ 구동축과 출력축 사이에 토크 차가 생기지 않는다.
답 : ④
터빈(출력축)의 토크는 펌프(구동축)의 토크와 스테이터의 토크의 합과 같다. (Tt=Tp+Ts)
※ 유체 토크 컨버터 - 유체 커플링으로 동력을 변환 및 전달하고 충격과 비틀림을 완화하는 장치. 자동차용 자동변속기에 사용된다. 유체커플링에 체의 유동방향을 변화시키는 역할을 하는 스테이터(stator)을 추가한 형태이다. 구동축에는 펌프가, 출력축에는 터빈이 연결되어 있다. 터빈(출력축)의 토크는 펌프(구동축)의 토크와 스테이터의 토크의 합과 같다. 출력축이 정지한 상태에서 입력축이 회전할 수 있다. 입력축의 토크보다 출력축의 토크가 증대될 수 있다. 속도의 전 범위에 걸쳐 무단변속이 가능하다. 부하에 의한 원동기의 정지가 없다.
문 19. 가솔린 기관에 사용되는 피스톤 링에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 오일링은 실린더 기밀 작용과는 거의 관계가 없다.
② 피스톤 링은 피스톤 헤드가 받는 열의 대부분을 실린더 벽에 전달하는 역할을 한다.
③ 압축링의 장력이 크면 피스톤과 실린더 벽 사이의 유막이 두껍게 되어 고압 가스의 블로바이를 일으키기 쉽다.
④ 피스톤 링 이음의 간극이 작으면 열팽창으로 이음부가 접촉하여 파손되기 쉽다.
답 : ③
압축링의 장력이 작을 때에 대한 설명이다.
※피스톤 간극은 피스톤과 실린더 사이의 간극을 말하며 피스톤의 열팽창으로 인한 파손을 방지한다.
간극이 작은 경우 - 열팽창으로 인해 파손
간극이 큰 경우 - 열전도율 저하, 피스톤 슬랩(소음), 블로바이 가스(누출) 등이 발생
※피스톤 링은 압축 링과 오일 링으로 구성되며 피스톤 헤드가 받는 열을 벽에 전달한다. 압축링은 피스톤과 실린더 사이의 기밀을 유지한다. 오일 링은 유막을 조절하고 실린더 벽의 과잉오일을 긁어내려 돌려보내는 오일제어 기능을 한다.
압축링의 장력이 큰 경우 - 마찰손실 증가, 마멸증가
압축링의 장력이 작은 경우 - 블로바이 현상, 열전도 감소
문 20. 그림과 같은 제네바 기어(Geneva gear)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 구동기어가 1회전하는 동안 제네바 기어는 60 °만큼 회전한다.
② 간헐적 회전운동을 제공하는 캠과 같은 기능을 한다.
③ 커플러가 구름－미끄럼 조인트(roll-slide joint)로 대체된 4절 링크 장치로 볼 수 있다.
④ 제네바 기어가 회전하는 동안 제네바 기어의 각속도는 일정하다.
답 : ④
구동기어가 홈과 접촉하지 않는 동안에는 정지하고, 홈과 접촉하여 종동축(제네바 기어)을 회전시키는 동안에는 회전하므로 각속도는 일정하지 않다.
① 홈(slot)이 6등분 형태이므로 구동기어가 1회전 시 360°/6=60°만큼 회전한다.
② 캠과 같이 간헐적 회전운동(회전과 정지가 반복되는 운동)을 제공한다.
③ 구름-미끄럼 조인트가 커플러(coupler)의 역할을 하여 구동축(구동기어)와 종동축(제네바기어)를 연결하는 4절 링크장치 로 볼 수 있다.
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