2017년도 국가직 9급 기계일반 문제, 정답, 해설입니다. 질문, 오류 등 궁금사항이 있으면 댓글 남겨주세요.
<문제>
<전체정답>
44324 / 24134 / 24211 / 21334
<해설>
문 1. 금속재료의 기계적 성질을 측정하기 위해 시편에 일정한 하중을 가하는 시험은?
① 피로시험
② 인장시험
③ 비틀림시험
④ 크리프시험
답 : ④
일정한 하중 → 크리프시험에 대한 설명이다.
① 피로시험은 반복적인 하중을 가하여 피로강도, 피로수명을 측정하는 시험이다.
② 인장시험은 인장하중의 크기를 점점 늘려가면서 항복강도, 인장강도, 파단강도 등을 측정하는 시험이다.
③ 비틀림시험은 비틀림하중의 크기를 점점 늘려가면서 비틀림강도를 측정하는 시험이다.
문 2. 외경 선삭에서 가공 전과 후의 평균 지름이 100 mm인 황동봉을 절삭깊이 1 mm, 이송속도 0.3 mm/rev, 주축 회전속도 1,000 rpm으로 가공하였을 때, 재료제거율[cm³/min]은? (단, π는 3.14로 하고 가공 전과 후의 평균 지름, 평균 절삭속도를 이용하여 재료 제거율을 계산하라)
① 30
② 300
③ 9.42
④ 94.2
답 : ④
단, D : 평균지름, d : 절삭깊이, f : 이송속도, N : 회전속도
문 3. 1줄 나사에서 나사를 축방향으로 20 mm 이동시키는 데 2회전이 필요할 때, 이 나사의 피치[mm]는?
① 1
② 5
③ 10
④ 20
답 : ③
나사가 1회전할 때 이동하는 거리를 리드(lead)라 한다. 2회전 당 20mm 이동하므로 리드는 10mm이다.
l=np( l : 리드, n : 나사의 줄 수, p : 나사의 피치)에서 l=10mm, n=1이므로 p=10mm이다.
문 4. 체인(chain)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 큰 동력을 전달할 수 있다.
② 초기 장력을 줄 필요가 있으며 정지 시에 장력이 작용한다.
③ 미끄럼이 적으며 일정한 속도비를 얻을 수 있다.
④ 동력 전달용으로 롤러 체인(roller chain)과 사일런트 체인(silent chain)이 사용된다.
답 : ②
체인은 벨트전동과 달리 초기장력이 필요하지 않고, 정지 시에 장력이 작용하지 않는다.
문 5. 웜 기어에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고른 것은?
ㄱ. 역전 방지를 할 수 없다.
ㄴ. 웜에 축방향 하중이 생긴다.
ㄷ. 부하용량이 크다.
ㄹ. 진입각(lead angle)의 증가에 따라 효율이 증가한다.
① ㄱ, ㄹ
② ㄴ, ㄷ
③ ㄱ, ㄴ, ㄷ
④ ㄴ, ㄷ, ㄹ
답 : ④
ㄱ. 웜 기어에서 리드각을 작게 하여 역전방지가 가능하다. 웜기어의 역전방지조건 : γ<ρ' 또는 tanγcosα<μ (ρ'는 마찰각, γ는 리드각, α는 압력각, μ는 마찰계수)
ㄴ. 웜에 축방향 하중이 생기고 이로 인해 웜기어를 회전시킨다.
ㄷ. 웜기어는 부하용량이 크다.
ㄹ. 웜기어의 효율은 다음과 같이 쓸 수 있다. (ρ'는 마찰각, γ는 리드각)
γ>ρ'일 때(웜기어 회전 가능 조건), 리드각이 커지면 효율이 증가한다.
문 6. 유압기기에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 유압기기는 큰 출력을 낼 수 있다.
② 비용적형 유압펌프로는 베인 펌프, 피스톤 펌프 등이 있다.
③ 유압기기에서 사용되는 작동유의 종류에는 석유 계통의 오일, 합성유 등이 있다.
④ 유압실린더는 작동유의 압력 에너지를 직선 왕복운동을 하는 기계적 일로 변환시키는 기기이다.
답 : ②
베인펌프, 피스톤펌프는 용적형 유압펌프에 속한다.
※유압펌프의 분류
용적형 - 회전식(기어펌프, 베인펌프, 나사펌프), 왕복식(피스톤펌프, 플런저펌프)
터보형(비용적형) - 원심식(터빈펌프, 벌류트펌프), 축류식, 사류식
특수형 - 와류펌프, 진공펌프, 기포펌프, 제트펌프, 마찰펌프 등
① 프레스동력에서 유압은 위치제어가 정확하고 힘 및 동력이 크고 제어 및 조절이 용이하다. 동력원, 펌프, 탱크 등이 필요하고 소형화가 어렵고, 오염/누유/인화의 우려가 있다.
③ 작동유의 분류
1) 광유계 : 석유계, 파라핀계
2) 합성계 : 인산에스테르, 염화수소, 탄화수소
3) 수성계 : 글리콜계, 에멀전계)
④ 유압실린더는 압력에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 직선 운동하도록 하는 장치로 내연기관, 브레이크 등에 쓰인다.
문 7. 내연기관에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 디젤기관의 압축비가 가솔린기관의 압축비보다 높다.
② 가솔린기관에서는 노크(knock)를 저감하기 위해 실린더 체적을 작게 한다.
③ 디젤기관에서는 노크(knock)를 저감하기 위해 압축비를 높인다.
④ 벤투리(venturi)는 공기의 압력을 높이기 위해서 설치한 단면이 좁은 통로이다.
답 : ④
벤투리(venturi)는 공기의 압력을 낮추기 위해 설치한 단면이 좁은 통로이다.
① 디젤기관의 압축비는 15~20, 가솔린기관의 압축비는 8~12이다.
② 가솔린기관에서 노크저감 방법 : 실린더 체적을 작게/옥탄가가 높은 연료 사용 → 내노크(anti-knock)성을 높게
③ 디젤기관에서 노크저감 방법 : 압축비를 높임/세탄가가 높은 연료 사용/연소실 벽의 온도를 높임/발화까지 연료 분사량 감소 → 착화지연을 짧게
문 8. 압출에서 발생하는 결함이 아닌 것은?
① 솔기결함(seam)
② 파이프결함(pipe defect)
③ 세브론균열(chevron cracking)
④ 표면균열(surface cracking)
답 : ①
솔기결함(seams)는 인발가공에서 발생하는 결함이며, 길이
방향으로 흠집과 접힘이 발생하는 것이다.
※압출결함 3가지 : 파이프결함, 표면균열(대나무균열), 중심부균열(쉐브론)
문 9. 강의 표면 처리법에 대한 설명으로 옳은 것은?
① 아연(Zn)을 표면에 침투 확산시키는 방법을 칼로라이징(calorizing)이라 한다.
② 고주파 경화법은 열처리 과정이 필요하지 않다.
③ 청화법(cyaniding)은 침탄과 질화가 동시에 일어난다.
④ 강철입자를 고속으로 분사하는 숏 피닝(shot peening)은 소재의 피로수명을 감소시킨다.
답 : ③
청화법은 침탄과 질화가 동시에 진행되는 표면경화법을 말한다.
① 아연(Zn)을 침투시키는 것은 세라다이징이다. 칼로라이징은 알루미늄(Al)을 침투시키는 것이다.
② 물리적 표면경화법 중 하나로 고주파를 사용하여 유도전류를 발생시켜 일정 온도로 가열한 후 담금질하는 방법으로, 열처리 과정이 필요하다.
④ 숏피닝은 소재표면에 압축잔류응력을 발생시켜 소재의 피로수명을 증가시키는 표면처리법이다.
문 10. 소모성 전극을 사용하지 않는 용접법만을 모두 고른 것은?
ㄱ. 일렉트로가스 용접(electrogas welding)
ㄴ. 플라즈마 아크 용접(plasma arc welding)
ㄷ. 원자 수소 용접(atomic hydrogen welding)
ㄹ. 플래시 용접(flash welding)
① ㄱ, ㄴ
② ㄴ, ㄷ
③ ㄱ, ㄷ, ㄹ
④ ㄴ, ㄷ, ㄹ
답 : ④
비소모성 전극을 사용하는 용접에는 텅스텐아크용접(TIG), 플라즈마아크용접, 탄소아크용접, 원자수소용접, 플래시용접이 있다.
문 11. 절삭가공에서 절삭유(cutting fluid)의 일반적인 사용 목적에 해당하지 않는 것은?
① 공구와 공작물 접촉면의 마찰 감소
② 절삭력 증가
③ 절삭부로부터 생성된 칩(chip) 제거
④ 절삭부 냉각
답 : ②
절삭유를 통해 윤활 작용을 함으로써 절삭력을 감소시킨다.
절삭가공에서 윤활제(lubricant, =절삭유)의 구비조건 4가지 : 냉각성(④), 윤활성(①②), 세척성(③), 방청성
문 12. 전해가공(electrochemical machining)과 화학적가공(chemical machining)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 광화학블랭킹(photochemical blanking)은 버(burr)의 발생 없이 블랭킹(blanking)이 가능하다.
② 화학적가공에서는 부식액(etchant)을 이용해 공작물 표면에 화학적 용해를 일으켜 소재를 제거한다.
③ 전해가공은 경도가 높은 전도성 재료에 적용할 수 있다.
④ 전해가공으로 가공된 공작물에서는 열 손상이 발생한다.
답 : ④
전해가공 시 공작물에 열손상이 발생하지 않는다. 전해가공은 열에너지가 아닌 전기화학적 에너지를 이용해 양극에서의 용해용출 현상을 이용하기 때문이다.
① 광화학블랭킹에서는 사진기술을 이용해 버(burr)의 발생 없이 블랭킹을 할 수 있다.
② 화학가공은 부식액(etchant)을 이용해 공작물 표면에 화학적 용해를 일으켜 소재를 제거하는 가공이다. 화학연마, 화학밀링, 화학블랭킹 등이 있다.
③ 전해가공은 공작물의 경도, 강도에 상관 없이 전도성 재료이면 적용할 수 있다. 단 철과 같이 탄소량이 높은 금속에서는 적용이 불리하다.
문 13. 상온에서 금속결정의 단위격자가 면심입방격자(FCC)인 것만을 모두 고른 것은?
ㄱ. Pt
ㄴ. Cr
ㄷ. Ag
ㄹ. Zn
ㅁ. Cu
① ㄱ, ㄷ, ㄹ
② ㄱ, ㄷ, ㅁ
③ ㄴ, ㄷ, ㄹ
④ ㄷ, ㄹ, ㅁ
답 : ②
Cr(크롬)은 면심입방격자(BCC)에, Zn(아연)는 조밀육방구조(HCP)에 해당한다.
BCC : Ba, Cr, K, Li, α-Fe, δ-Fe
FCC : Ag, Al, Au, Ca, Cu, Ir, Ni, Pb, Pt, γ-Fe
HCP : Be, Cd, Co, Mg, Ti, Zn, Zr
문 14. 연마 입자(abrasive particle)를 이용하는 가공 방법으로만 묶은 것은?
① 래핑(lapping), 초음파가공(ultrasonic machining)
② 허빙(hubbing), 호닝(honing)
③ 슈퍼피니싱(super finishing), 방전가공(electric discharge machining)
④ 스피닝(spinning), 버핑(buffing)
답 : ①
② 허빙(hubbing)은 펀치로 소재표면을 압입하여 공동부를 형성하는 소성가공이다.
③ 방전가공(EDM)은 절연성 방전액을 사용하여 아크방전을 일으켜 전극의 형상에 따라 가공하는 특수 가공법이다.
④ 스피닝(spinning)은 금속판 또는 파이프 모양의 소재를 회전시켜서 거기에 롤러로 가압하여 성형을 실시하는 소성가공이다.
연삭숫돌을 이용한 가공 - 연삭, 호닝, 슈퍼피니싱, 폴리싱
연마입자를 이용한 가공 - 액체호닝, 래핑, 버핑, 초음파가공, 배럴링(텀블링)
문 15. 공기 스프링에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 2축 또는 3축 방향으로 동시에 작용할 수 있다.
② 감쇠특성이 커서 작은 진동을 흡수할 수 있다.
③ 하중과 변형의 관계가 비선형적이다.
④ 스프링 상수의 크기를 조절할 수 있다.
답 : ①
공기스프링은 하중과 변형의 관계가 비선형적이고 압력 조절을 통해 스프링계수를 조절한다. 2~3축 사용이 불가능하며. 구조가 복잡하고 고가이며 감쇠특성이 크다.
2~3축 방향으로 작용할 수 있는 것은 고무 스프링이다.
문 16. 비커스 경도(HV) 시험에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 꼭지각이 136 °인 다이아몬드 사각추를 압입한다.
② 경도는 작용한 하중을 압입 자국의 깊이로 나눈 값이다.
③ 질화강과 침탄강의 경도 시험에 적합하다.
④ 압입자국의 대각선 길이는 현미경으로 측정한다.
답 : ②
작용한 하중을 자국의 압입자(다이아몬드 피라미드)에 의한 자국의 표면적으로 나누어 계산한다. (H=1.8544P/d², P : 하중, d : 압입자국의 대각선길이)
①③④ 비커스 경도 시험법은 대면각 136도의 다이아몬드 피라미드를 사용한다. 자국의 대각선길이 d를 현미경으로 측정하여 구한다. 침탄층, 질화층, 탈탄층의 경도시험에 적합하다.
문 17. 펌프(pump)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 송출량 및 송출압력이 주기적으로 변화하는 현상을 수격현상(water hammering)이라 한다.
② 왕복펌프는 회전수에 제한을 받지 않아 고양정에 적합하다.
③ 원심펌프는 회전차가 케이싱 내에서 회전할 때 발생하는 원심력을 이용한다.
④ 축류 펌프는 유량이 크고 저양정인 경우에 적합하다.
답 : ①
서징(surging)현상에 대한 설명이다. 수격현상은 유속이 급히 바뀌어 압력이 높아지면서 배관과 펌프에 손상을 입히는 현상이다.
※펌프의 이상현상
1)공동(cavitation)현상 : 펌프 흡입구에서 압력 강하에 의해 압력이 포화증기압보다 낮아져 증기(기포)가 발생
2)서징(surging)현상 : 송출량, 송출압력의 주기적인 변동 및 진동과 소음 발생
3)수격(water hammering)현상 : 유속이 급히 바뀌어 압력이 높아지면서 배관과 펌프에 손상
4)과열(overheating)현상 : 토출량이 극히 작을 때 동력이 열로 전환되어 수온 상승
※펌프의 분류
1) 용적형 - 정량토출 목적
- 베인펌프 : 회전자(rotor)의 회전에 의하여 유체를 송출하는 용적형 회전
펌프. 깃이 원심력이나 스프링의 장력에 의하여 벽에 밀착되면서 회전하여 유체를 운반한다. 깃이 마멸되어도 펌프의 토출은 충분히 행해질 수 있음
- 기어펌프 : 기어를 사용하여 액체를 밀어내는 회전펌프. 구조가 간단, 신뢰도가 높고 운전보수가 용이, 가변토출형으로 제작이 불가능, 내부누설이 비교적 많음
- 나사펌프 : 나사를 사용하여 액체를 밀어내는 회전펌프.
- 피스톤펌프 : 실린더 내에서 유체를 가압하여 송출하는 용적형 왕복펌프. 비교적 높은 압력에 견딜수 있고, 효율이 높다. 회전수에 제한을 받지 않아 고양정에 적합.
- 플런저 펌프 : 플런저의 왕복운동으로 실린더 내부에 용적 변화를 일으켜 송출하는 용적형 왕복펌프.
2) 터보형(비용적형) - 저압에서 대량의 유체 수송 목적
- 원심펌프 : 회전차(impeller)를 회전하여 발생하는 원심력으로 송출하는 터보형 원심펌프(안내깃 존재 시 터빈펌프, 안내깃 부재 시 벌류트펌프)
- 축류펌프 : 송출량이 매우 커서 유체가 회전차의 축방향으로 유입되고 유출되는 터보형 축류펌프. 케이싱, 임펠러, 안내 날개(2~8개), 베어링 등으로 구성. 유량이 크고 저양정인 경우에 사용. 농업용의 양수 및 배수용, 상하수도용.
3) 특수형 - 와류펌프, 진공펌프, 기포펌프, 제트펌프, 마찰펌프 등
문 18. 방전가공에 대한 설명으로 옳지 않은 것만을 모두 고른 것은?
ㄱ. 스파크 방전을 이용하여 금속을 녹이거나 증발시켜 재료를 제거하는 방법이다.
ㄴ. 방전가공에 사용되는 절연액(dielectric fluid)은 냉각제의 역할도 할 수 있다.
ㄷ. 전도체 공작물의 경도와 관계없이 가공이 가능하고 공구 전극의 마멸이 발생하지 않는다.
ㄹ. 공구 전극의 재료로 흑연, 황동 등이 사용된다.
ㅁ. 공구 전극으로 와이어(wire) 형태를 사용할 수 없다.
① ㄱ, ㄷ
② ㄴ, ㄹ
③ ㄷ, ㅁ
④ ㄴ, ㅁ
답 : ③
ㄷ. 방전가공에서는 공구전극의 마멸이 발생한다.
ㅁ. 공구 전극으로 와이어(wire) 형태를 사용할 수 있다(와이어컷 방전가공).
방전가공은 절연성인 방전액을 사용하여 아크방전을 일으켜 전극의 형상에 따라 가공한다. 공작물의 강도, 경도와 관계없이 복잡한 형상의 캐비티(cavity), 깊고 좁은 구멍 등의 형상을 가공할 수 있다. 전극은 대표적으로 흑연을 사용하고 공구마멸 감소를 위해 열전도도가 높고 융점이 높은 전극을 사용한다. 공구마멸이 발생한다.
※방전가공에서 방전액의 역할 3가지 : 절연재, 냉각제, 찌꺼기 제거
문 19. 주조 공정중에 용탕이 주입될 때 증발되는 모형(pattern)을 사용하는 주조법은?
① 셸 몰드법(shell molding)
② 인베스트먼트법(investment process)
③ 풀 몰드법(full molding)
④ 슬러시 주조(slush casting)
답 : ③
용탕이 주입될 때 모형이 증발 → 풀몰드법(=소실모형주조, 폴리스티렌주조)에 대한 설명이다. 이 때 모형은 폴리스티렌 모형을 사용한다.
문 20. 마그네슘(Mg)에 대한 설명으로 옳은 것은?
① 산소와 반응하지 않는다.
② 비중이 1.85로 공업용 금속 중 가장 가볍다.
③ 전기 화학적으로 전위가 높아서 내식성이 좋다.
④ 열전도율은 구리(Cu)보다 낮다.
답 : ④
금속의 열전도율 순서 : Ag > Cu > Au > Al > Mg > Zn > Ni > Fe > Pb > Sb
① 산소와 반응하여 산화마그네슘을 형성한다.
② 마그네슘의 비중은 1.74로 공업용 금속 중 가장 가볍다.
③ 마그네슘은 내식성이 나쁘다. (금속의 표준전극전위 순서 : Pt > Au > Ag > Ni > Sn > Pb > Cd > Al > Zn > Mg. 표준전극전위가 가장 낮아 내식성이 나쁘다.)
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