【기계일반】2010 지방직 9급 기계일반 해설

2010년도 지방직 9급 기계일반 문제, 정답, 해설입니다. 질문, 오류 등 궁금사항이 있으면 댓글 남겨주세요.

<문제>

2010 지방직 9급 공무원 - 기계일반.pdf

0.37MB

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<전체정답>

12211 / 11323 / 42334 / 41423

 

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<해설>

문 1. 절삭공구의 피복(coating) 재료로 적절하지 않은 것은?
① 텅스텐탄화물(WC)
② 티타늄탄화물(TiC)
③ 티타늄질화물(TiN)
④ 알루미늄산화물(Al2O3)

답 : ①

절삭공구의 절삭성능 및 고온경도를 강화하기 위해 초경합금의 표면에 티타늄탄화물(TiC), 티타늄질화물(TiN), 산화알루미늄(Al2O3) 등 재료를 얇게 피복한 것을 피복초경합금이라고 한다. 텅스텐탄화물(WC)는 초경합금의 재료에 쓰이지만 피복재료로는 쓰이지 않는다.

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문 2. 연성 파괴에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 진전하는 균열 주위에 상당한 소성 변형이 일어난다.
② 취성 파괴보다 적은 변형률 에너지가 필요하다.
③ 파괴가 일어나기 전에 어느 정도의 네킹 현상이 나타난다.
④ 균열은 대체적으로 천천히 진전한다.

답 : ②

연성파괴는 취성파괴보다 변형 시에 필요한 에너지가 크다. 연성파괴의 경우 파단까지의 응력 및 변형률이 취성파괴의 경우보다 훨씬 큰 값을 필요로 하고, 따라서 σε/2(=단위부피당 변형률에너지)로 나타나는 변형률에너지의 값 역시 크다.

※연성파괴와 취성파괴
연성파괴 - 컵 앤 콘(cup and cone)파괴라고도 하며, 네킹에 의한 미세공동에 의한 균열이 발생한다. 소성변형이 상당히 일어난 후에 파괴되며 균열이 천천히 발생한다. 인장하중에 인장하중에 45각도 방향으로 일어나며 취성파괴보다 큰 변형률에너지가 필요하다.
취성파괴 - 온도가 낮을수록 잘 일어나고 변형속도가 빠르다. HCP(조밀육방격자) 구조에서 잘 일어난다.

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문 3. 재료시험 항목과 시험방법의 관계로 옳지 않은 것은?
① 충격시험:샤르피(Charpy)시험
② 크리프시험:표면거칠기시험
③ 연성파괴시험:인장시험
④ 경도시험:로크웰경도시험

답 : ②

크리프시험은 재료의 크리프강도(일정한 하중 및 고온에서 크리프에 의한 변형에 저항하는 정도)를 측정할 때 쓰인다.

표면거칠기의 시험에는 촉각 또는 시각과 비교용 표준편을 이용한 방법, 촉침법(접촉식), 광학간섭측정(비접촉식), 원자현미경(비접촉식) 등이 있다.

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문 4. 탄소가 흑연 박편의 형태로 석출되며 내마모성이 우수하고 압축강도가 좋으며 엔진 블록, 브레이크 드럼 등에 사용되는 재료는?
① 회주철(gray iron)
② 백주철(white iron)
③ 가단주철(malleable iron)
④ 연철(ductile iron)

답 : ①

흑연 박편 형태 → 회주철에 대한 설명이다.

※주철의 종류에 따른 흑연의 모양 : 회주철 - 얇은 조각(박편) /  펄라이트주철 - 활모양 / 가단주철 - 포도송이 / 구상흑연주철 - 구상

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문 5. 스플라인 키의 특징인 것은?
① 축에 원주방향으로 같은 간격으로 여러 개의 키 홈을 깎아 낸 것이다.
② 큰 토크를 전달하지 않는다.
③ 키 홈으로 인하여 축의 강도가 저하된다.
④ 키와 축의 접촉면에서 발생하는 마찰력으로 회전력을 발생시킨다.

답 : ①

스플라인 키는 여러 개의 키홈을 깎아 내어 큰 전달력 및 토크를 얻을 수 있는 방식의 키이다.

③ 반달키(우드러프키)에 대한 설명이다.

④ 스플라인키의 경우 마찰력(접촉면에 평행)이 아닌 접촉면을 통해 직접(접촉면에 수직) 하중을 전달하여 회전시킨다. 묻힘키, 평키, 안장키의 경우 접촉면에서의 마찰력으로 회전력을 발생시킨다.

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문 6. 사각나사의 나선각이 λ, 나사면의 마찰계수 μ에 따른 마찰각이 ρ (μ＝tan ρ)인 사각나사가 외부 힘의 작용 없이 스스로 풀리지 않고 체결되어 있을 자립 조건은?
① ρ≥λ
② ρ≤λ
③ ρ＜λ
④ ρ 및 λ와 상관없음

답 : ①

나사의 자립조건 : 마찰각이 나선각보다 같거나 클 때 (ρ≥λ)

만약 마찰각이 나선각보다 작다면 외력이 없을 때 스스로 풀리게 된다.

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문 7. 굽힘 모멘트 M과 비틀림 모멘트 T를 동시에 받는 축에서 최대주응력설에 적용할 상당 굽힘모멘트 Me은?

답 : ①

굽힘 모멘트 M과 비틀림 모멘트 T를 동시에 받는 축에서 최대주응력설에 의한 상당굽힘모멘트(Me)와 최대전단응력설에 의한 상당비틀림모멘트(Te)는 각각 다음과 같다.

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문 8. 두께가 6 mm이고 안지름이 180 mm인 원통형 압력용기가 14 kgf/cm2의 내압을 받는 경우, 이 압력용기의 원주 방향 및 축 방향 인장응력[kgf/cm2]은?
원주 방향 / 축 방향
① 210 / 420
② 420 / 840
③ 210 / 105
④ 420 / 210

답 : ③

단, σ₁ : 원주방향 인장응력, σ₂ : 축방향 인장응력, p : 내압, d : 안지름, t : 두께

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문 9. 다음 중 유성기어장치에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, 내접기어 잇수는 ZI, 태양기어 잇수는 ZS 이며 ZI > ZS 이다)

① 태양기어를 고정하고 캐리어를 구동할 경우 내접기어는 감속한다.
② 캐리어를 고정하고 내접기어를 구동할 경우 태양기어는 역전증속한다.
③ 내접기어를 고정하고 태양기어를 구동할 경우 캐리어는 증속한다.
④ 태양기어를 고정하고 내접기어를 구동할 경우 캐리어는 역전감속한다.

답 : ②

태양기어	캐리어	내접기어	각속도비	결과
고정	구동	피동		증속
	피동	구동		감속
구동	고정	피동		역전감속
피동		구동		역전증속
구동	피동	고정		감속
피동	구동			증속

캐리어를 고정하고 내접기어를 구동하면 태양기어는 역전증속한다.

① 태양기어 고정, 캐리어 구동 시 증속한다.

③ 내접기어 고정, 태양기어 구동 시 감속한다.

④ 태양기어 고정, 내접기어 구동 시 감속한다.

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문 10. 다음 중 플라스틱의 성형과 관계없는 가공 공정은?
① 압출성형
② 사출성형
③ 인발성형
④ 압축성형

답 : ③

플라스틱 성형법에는 압출성형, 사출성형, 블로우성형(취입성형), 열성형, 전이(전사)성형, 압축성형 등이 있다.

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문 11. 원심주조와 다이캐스트법에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 원심주조법은 고속회전하는 사형 또는 금형주형에 쇳물을 주입하여 주물을 만든다.
② 원심주조법은 주로 주철관, 주강관, 실린더 라이너, 포신 등을 만든다.
③ 다이캐스트법은 용융금속을 강한 압력으로 금형에 주입하고 가압하여 주물을 얻는다.
④ 다이캐스트법은 주로 철금속 주조에 사용된다.

답 : ④

다이캐스팅법에서 다이(die)의 내열강도의 한계 때문에 주로 용융점이 낮은 비철금속의 주조에 사용된다.

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문 12. 항복 인장응력이 Y인 금속을 소성영역까지 인장시켰다가 하중을 제거하고 다시 압축을 하면 압축 항복응력이 인장 항복응력 Y보다 작아지는 현상이 있다. 이러한 현상과 관련이 없는 것은?
① 변형율 연화
② 스프링 백
③ 가공 연화
④ 바우싱어(Bauschinger) 효과

답 : ②

스프링백(spring back)현상은 재료를 굽힘 가공했다가 외력을 제거하면 조금씩 원래의 형상으로 돌아가는 현상을 말한다. 이것은 재료의 탄성복원 현상과 관련이 있으나, 인장하였다가 압축 시 항복응력이 감소하는 현상과는 관계 없다.

재료를 한 방향으로 소성영역까지 힘을 가한 후 힘을 제거하면 반대방향으로의 항복응력이 감소하게 되는데, 이를 바우싱거 효과(Bauschinger effect)라 하고, 이 성질로 인해 금속재료에서 가공연화(work softening) 또는 변형(률)연화(strain softening)가 나타난다. 소재를 굽혔다 펴는 작업, 판재의 교정압연, 역드로잉 등의 가공에서 나타난다.

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문 13. 다음 중 잔류응력에 대한 설명으로 옳은 것으로만 묶인 것은?
ㄱ. 표면에 남아 있는 인장잔류응력은 피로수명과 파괴강도를 향상시킨다.
ㄴ. 표면에 남아 있는 압축잔류응력은 응력부식균열을 발생시킬 수 있다.
ㄷ. 표면에 남아 있는 인장잔류응력은 피로수명과 파괴강도를 저하시킨다.
ㄹ. 잔류응력은 물체 내의 온도구배(temperature gradient)에 의해 생길 수 있다.
ㅁ. 풀림처리(annealing)를 하거나 소성변형을 추가시키는 방법을 통하여 잔류응력을 제거하거나 감소시킬 수 있다.
ㅂ. 실온에서도 충분한 시간을 두고 방치하면 잔류응력을 줄일 수 있다.
① ㄱ, ㄴ, ㅁ, ㅂ
② ㄴ, ㄷ, ㄹ, ㅁ
③ ㄷ, ㄹ, ㅁ, ㅂ
④ ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ

답 : ③

ㄱ. 표면에 남아 있는 인장잔류응력은 피로수명과 파괴강도를 저하시키며 응력부식균열을 발생시킬 수 있다.

ㄴ. 표면에 남아 있는 압축잔류응력은 피로수명과 파괴강도를 향상시킨다.

※잔류응력의 원인 3가지 : 소성변형, 상변화, 온도구배

※잔류응력의 제거방법 : 잔류응력은 풀림(annealing)처리 또는 추가적인 소성변형으로 제거할 수 있고, 실온에서도 충분한 시간을 두고 방치하면 잔류응력을 줄일 수 있다.

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문 14. 열간가공과 냉간가공에 대한 설명으로 옳은 것은?
① 열간가공은 냉간가공에 비해 표면 거칠기가 향상된다.
② 열간가공은 냉간가공에 비해 정밀한 허용치수 오차를 갖는다.
③ 일반적으로 열간가공된 제품은 냉간가공된 같은 제품에 비해 균일성이 적다.
④ 열간가공은 냉간가공에 비해 가공이 용이하지 않다.

답 : ③

일반적으로 열간가공된 제품은 냉간가동된 제품에 비해 균일성이 적다.

①②④ 냉간가공에 대한 설명이다.

※열간가공과 냉간가공
열간가공 - 재결정온도 이상에서 가공. 한번의 가공으로 많은 변형. 가공시간 적고 소요동력이 적다. 가공면이 거칠고 치수변화가 크다. 표면이 산화될 우려가 있고 균일성이 적다.
냉간가공 - 재결정온도 이하에서 가공. 가공이 용이하지 않으며 가공시간 및 소요동력이 크다.  가공면이 깨끗하고 정밀하다. 가공경화로 인해 강도가 증가하고 연성이 감소하며 이방성이 생긴다.

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문 15. 증기원동기의 증기동력 사이클과 가장 가까운 사이클은?
① 오토 사이클
② 디젤 사이클
③ 브레이톤 사이클
④ 랭킨 사이클

답 : ④

증기동력 사이클에는 랭킨 사이클(Rankine cycle) 또는 카르노 사이클(Carnot cycle)이 있다.

※열역학 사이클의 분류
 - 정적 사이클(오토 사이클) : 가솔린 기관에 이용.
 - 정압 사이클(디젤 사이클) : 저/중속 디젤 기관에 이용.
 - 복합 사이클(사바테 사이클) : 고속 디젤 기관에 이용.
 - 가스 터빈 사이클(브레이튼 사이클)
 - 증기 동력 사이클(랭킨사이클 및 카르노 사이클)

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문 16. 열처리에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 완전 풀림처리(Full annealing)에서 얻어진 조직은 조대 펄라이트(Pearlite)이다.
② 노말라이징(Normalizing)은 강의 풀림처리에서 일어날 수 있는 과도한 연화를 피할 수 있도록 공기중에서 냉각하는 것을 의미한다.
③ 오스템퍼링(Austempering)은 오스테나이트(Austenite)에서 베이나이트(Bainite)로 완전히 등온변태가 일어날 때까지 특정 온도로 유지한 후 공기중에서 냉각한다.
④ 스페로다이징(Spherodizing)은 미세한 펄라이트 구조를 얻기 위해 공석온도 이상으로 가열한 후 서냉하는 공정이다.

답 : ④

스페로다이징(spherodizing)은 연성과 가공성이 좋은 구상펄라이트를 얻기 위해 시행하며 공석온도(A1) 이하로 가열 후 서냉하는 공정이다.

③ 오스템퍼링은 오스테나이트를 Ms온도 이상으로 항온유지하여 등온변태를 통해 베이나이트를 얻는 항온열처리 과정이다.

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문 17. 유압펌프의 특성에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 기어펌프는 구조가 간단하고 신뢰도가 높으며 운전보수가 비교적 용이할 뿐만 아니라 가변토출형으로 제작이 가능하다는 장점이 있다.
② 베인펌프의 경우에는 깃이 마멸되어도 펌프의 토출은 충분히 행해질 수 있다는 것이 장점이다.
③ 피스톤 펌프는 다른 펌프와 비교해서 상당히 높은 압력에 견딜 수 있고, 효율이 높다는 장점이 있다.
④ 일반적으로 용적형 펌프(Positive displacement pump)는 정량 토출을 목적으로 사용하고, 비용적형 펌프(Non-positive displacement pump)는 저압에서 대량의 유체를 수송하는 데 사용된다.

답 : ①

기어펌프는 가변토출형으로 제작이 불가능하다.

※펌프의 분류와 특징
1) 용적형 - 정량토출 목적
- 베인펌프 : 회전자(rotor)의 회전에 의하여 유체를 송출하는 용적형 회전펌프. 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

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문 18. 4사이클 기관과 2사이클 기관을 비교할 때 2사이클 기관의 장점이 아닌 것은?
① 2사이클 기관은 4사이클 기관에 비하여 소형 경량으로 할 수 있다.
② 2사이클 기관은 구조가 간단하여 저가로 제작할 수 있다.
③ 이론적으로는 4사이클 기관의 2배의 출력을 얻게 된다.
④ 2사이클 기관은 4사이클 기관에 비하여 연료소비가 적다.

답 : ④

2사이클 기관은 4사이클 기관에 비하여 연료 소모가 많다.

※2사이클 기관과 4사이클 기관
 - 2사이클 기관은 크랭크축의 1회전(피스톤의 2행정) 동안 흡입, 압축, 폭발, 배기의 과정을 거친다. 4사이클 기관은 크랭크축의 2회전(피스톤의 4행정) 동안 흡입, 압축, 폭발, 배기의 과정을 거친다.
 - 2사이클 기관의 4사이클 기관에 대한 장/단점 : 출력이 높다(이론상 2배이나 실제로는 1.6~1.7배). 체적효율과 평균압력이 낮다. 중량이 가볍고 구조가 간단하며 소형화가 가능하고 제작비가 싸다. 회전력이 균일하고 진동이 적다. 연소과정이 짧고 연료 소모가 많다. 회전속도의 제한이 있다. 소음과 과열의 우려가 있다. 오염물질의 배출이 많다.

 

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문 19. 그림과 같은 수평면에 놓인 50 kg무게의 상자에 힘 P＝400N으로 5초 동안 잡아 당긴 후 운동하게 되는 상자의 속도[m/sec]와 가장 가까운 값은? (단, 상자와 바닥면간의 마찰계수는 0.3이다)

① 10 
② 25
③ 40 
④ 50

답 : ②

중력가속도를 10m/s²로 가정하면, 운동마찰력 f는 다음과 같이 구할 수 있다. (μ : 마찰계수, m : 질량, g : 중력가속도)

마찰력과 외력 P는 반대 방향으로 작용하므로 알짜힘의 크기는 400-150=250N이다. 가속도 a를 다음과 같이 구할 수 있다.

5초 동안 잡아당겼으므로, 속력 v를 다음과 같이 구할 수 있다.

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문 20. 높은 경도의 금형 가공에 많이 적용되는 방법으로 전극의 형상을 절연성 있는 가공액 중에서 금형에 전사하여 원하는 치수와 형상을 얻는 가공법은?
① 전자빔가공법
② 플라즈마 아크 가공법
③ 방전가공법
④ 초음파가공법

답 : ③

절연성 있는 가공액 → 방전가공법에 대한 설명이다.

① 전자빔가공은 전자의 운동에너지를 열에너지로 전환하여 공작물을 용융시켜 원하는 형상으로 가공하는 방법이다.

② 플라즈마 아크 가공은 아크방전을 일으켜 형성된 플라즈마를 분출시켜 고온, 고에너지를 이용하여 재료를 가공하는 방법이다.

④ 초음파가공법은 연삭입자와 가공액의 상하진동을 통해 전기에너지를 기계적에너지로 전환하여 가공한다.