【기계일반】2016 지방직 9급 기계일반 해설

2016 지방직 9급 기계일반 문제, 정답, 해설입니다. 질문, 오류 등 궁금사항이 있으면 댓글 남겨주세요.

<문제>

2016 지방직 9급 공무원 - 기계일반.pdf

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<전체정답>

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<해설>

문 1. 재료의 원래 성질을 유지하면서 내마멸성을 강화시키는 데 가장 적합한 열처리 공정은?
① 풀림(annealing)
② 뜨임(tempering)
③ 담금질(quenching)
④ 고주파 경화법(induction hardening)

답 : ④

재료의 원래 성질을 유지하면서 내마멸성을 강화시키기 위해서는 표면처리법이 가장 적합하며 고주파 경화법이 이에 속한다. 이외에 침탄법, 질화법, 화염경화법 등이 있다. 풀림, 뜨임, 담금질 등은 열처리 방법으로 재료의 성질이 변화한다.

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문 2. 응고수축에 의한 주물제품의 불량을 방지하기 위한 목적으로 주형에 설치하는 탕구계 요소는?
① 탕구(sprue)
② 압탕구(feeder)
③ 탕도(runner)
④ 주입구(pouring basin)

답 : ②

압탕구(feeder)에 대한 설명이다.

①②④ 탕구, 탕도, 주입구는 용융금속이 주형 속으로 흘러들어가는 통로이다.

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문 3. 금속 판재의 가공 공정 중 가장 매끈하고 정확한 전단면을 얻을 수 있는 전단공정은?
① 슬리팅(slitting)
② 스피닝(spinning)
③ 파인블랭킹(fine blanking)
④ 신장성형(stretch forming)

답 : ③

파인 블랭킹에 대한 설명으로, 금속에 정수압을 가하여 조직을 정렬시킨 후 전단하여 매끈하고 정확한 전단면을 얻는 방식이다.

① 슬리팅(slitting)은 판재를 일정한 길이나 윤곽을 따라 절단하는 가공이다.

② 스피닝(spinning)은 선반의 주축에 다이를 고정하고, 심압대로 소재를 밀어서 소재를 다이와 함께 회전시키면서 외측에서 롤러로 소재를 축대칭 형상으로 성형하는 소성 가공법이다.

④ 신장성형(stretch forming)은 판재의 가장자리가 고정되어 신장 및 굽힘 상태에서 원하는 형상으로 성형하는 가공법이다.

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문 4. 다음 중 소성가공이 아닌 것은?
① 인발(drawing)
② 호닝(honing)
③ 압연(rolling)
④ 압출(extrusion)

답 : ②

호닝(honing)은 연삭가공의 일종으로, 연삭입자를 부착한 혼(hone)을 회전 및 왕복운동시켜 구명의 내면을 다듬질하는 가공이다.

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문 5. 각종 용접법에 대한 설명으로 옳은 것은?
① TIG용접(GTAW)은 소모성인 금속전극으로 아크를 발생시키고, 녹은 전극은 용가재가 된다.
② MIG용접(GMAW)은 비소모성인 텅스텐 전극으로 아크를 발생 시키고, 용가재를 별도로 공급하는 용접법이다.
③ 일렉트로 슬래그 용접(ESW)은 산화철 분말과 알루미늄 분말의 반응열을 이용하는 용접법이다.
④ 서브머지드 아크 용접(SAW)은 노즐을 통해 용접부에 미리 도포된 용제(flux) 속에서, 용접봉과 모재 사이에 아크를 발생시키는 용접법이다.

답 : ④

서브머지드아크용접은 과립형 용제 속에서 용접봉과 모재 사이에 아크를 발생시켜 용접하는 것으로, 용접부가 용제 안에 잠겨있다(submerged)는 의미로 쓰인다.

① TIG용접은 비소모성 전극을 사용한다.

② MIG용접은 소모성 전극을 사용한다.

③ 테르밋용접에 대한 설명이다. 일렉트로슬래그용접은 아크를 발생시켜 모재와 플럭스를 용융시킨 후 용융슬래그의 전기저항열로 와이어와 모재를 용융시켜 용접한다.

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문 6. 금속의 결정격자구조에 대한 설명으로 옳은 것은?
① 체심입방격자의 단위 격자당 원자는 4개이다.
② 면심입방격자의 단위 격자당 원자는 4개이다.
③ 조밀육방격자의 단위 격자당 원자는 4개이다.
④ 체심입방격자에는 정육면체의 각 모서리와 각 면의 중심에 각각 1개의 원자가 배열되어 있다.

답 : ②
※금속의 결정격자구조

체심입방격자(BCC) - 전연성 낮고 강도 크다. 원자수 2, 용적률 0.68, 배위수 8, 슬립 12, 용융점이 높다
면십입방격자(FCC) - 전연성 좋고 강도 작다. 원자수 4, 용적률 0.74, 배위수 12, 슬립 48, 소성변형이 쉽다
조밀육방격자(HCP) - 전연성 낮고 강도 작다, 원자수 2, 용적률 0.74, 배위수 12, 슬립 3, 취성이 있다

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문 7. 다음 ㉠, ㉡에 해당하는 것은?
㉠ 압력을 가하여 용탕금속을 금형공동부에 주입하는 주조법으로, 얇고 복잡한 형상의 비철금속 제품 제작에 적합한 주조법이다.
㉡ 금속판재에서 원통 및 각통 등과 같이 이음매 없이 바닥이 있는 용기를 만드는 프레스가공법이다.

	㉠	㉡
①	인베스트먼트주조(investment casting)	플랜징(flanging)
②	다이캐스팅(die casting)	플랜징(flanging)
③	인베스트먼트주조(investment casting)	딥드로잉(deep drawing)
④	다이캐스팅(die casting)	딥드로잉(deep drawing)

답 : ④

㉠ 압력, 얇고 복잡한 형상, 비철금속 제품 → 다이캐스팅(die casting)에 대한 설명이다.

㉡ 이음매 없이 바닥이 있는 용기 → 딥드로잉(deep drawing)에 대한 설명이다.

인베스트먼트주조(investment casting, =로스트왁스법)은 왁스, 파라핀 등 열에 잘 녹는 재질을 내열제로 코팅 및 조립하여 모형(pattern)을 만들고 슬러리에 침지시킨 후 가열하여 모형이 빠져나간 자리에 용융금속을 주입하여 주조하는 소모성주형 주조의 일종이다. 소형이며 복잡한 형상의 주조에 적합하며 다품종 소량생산에 적합하다.

플랜징(flanging)은 소재의 끝단을 직각으로 굽히는 소성 가공이다.

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문 8. 레이저 용접에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 좁고 깊은 접합부를 용접하는 데 유리하다.
② 수축과 뒤틀림이 작으며 용접부의 품질이 뛰어나다.
③ 반사도가 높은 용접 재료의 경우, 용접효율이 감소될 수 있다.
④ 진공 상태가 반드시 필요하며, 진공도가 높을수록 깊은 용입이 가능하다.

답 : ④

레이저용접은 진공 또는 불활성가스 분위기에서 진행한다. 단, 전자빔용접(EBW)의 경우 진공 분위기에서 진행한다.

레이저용접(LBW)은 단일 파장의 고에너지 빛을 침투시켜 좁고 깊은 용접부를 접합한다. 수축과 뒤틀림이 적으며 미세기공이 없어 용접부가 양호하다. 레이저빔은 공기를 통과할 수 있으므로 진공이 필요 없으며 공정 자동화가 용이하다는 장점이 있다. 용접재료의 반사도가 높은 용접 재료의 경우, 용접효율이 감소될 수 있다.

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문 9. 윤곽투영기(optical comparator)에 대한 설명으로 옳은 것은?
① 빛의 간섭무늬를 이용해서 평면도를 측정하는 데 사용한다.
② 측정침이 물체의 표면 위치를 3차원적으로 이동하면서 공간좌표를 검출하는 장치이다.
③ 피측정물의 실제 모양을 스크린에 확대 투영하여 길이나 윤곽 등을 검사하거나 측정한다.
④ 랙과 피니언 기구를 이용해서 측정자의 직선운동을 회전운동 으로 변환시켜 눈금판에 나타낸다.

답 : ③

윤곽투영기는 피측정물의 실제 모양을 스크린에 확대 투영하여 길이나 윤곽 등을 검사, 측정하는 장치로 반도체 등 소형 부품의 검사, 측정에 이용된다.

① 광선정반(optical flat)에 대한 설명이다. 

② 3차원 측정기(3D coordinate measuring machine)에 대한 설명이다.

④ 다이얼게이지(dial gage)에 대한 설명이다.

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문 10. 금속 재료의 파손에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 연성 금속이라도 응력부식 균열이 발생하면 취성 재료처럼 파단된다.
② 파단면에 비치마크(beach mark)가 발견되면 피로에 의한 파괴로 추정할 수 있다.
③ 재료 내부에 수소 성분이 침투하면 연성이 저하되어 예상보다 낮은 하중에서 파단될 수 있다.
④ 숏피닝이나 롤러버니싱 같은 공정은 표면에 인장잔류응력을 발생시키기 때문에 제품 수명을 향상시킨다.

답 : ④

숏피닝, 롤러버니싱 등으로 인해 표면에 압축잔류응력이 발생하며 제품의 피로수명이 향상된다.

② 비치마크(beach mark)는 변동하중에 의한 피로파괴단면으로, 육안으로 확인 가능하다.

③ 수소취화(수소가 철에 용해되어 연성저하, 단면수축률 감소, 조기파단되는 현상)에 대한 설명이다.

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문 11. 두 축의 중심선을 일치시키기 어려운 경우, 두 축의 연결 부위에 고무, 가죽 등의 탄성체를 넣어 축의 중심선 불일치를 완화하는 커플링은?
① 유체 커플링
② 플랜지 커플링
③ 플렉시블 커플링
④ 유니버설 조인트

답 : ③

플렉시블 커플링에 대한 설명이다.

① 유체커플링은 좁은 간격을 두고 회전하는 날개 사이에 오일을 채워 축의 회전을 전달하기 위한 장치이다.

② 플랜지커플링은 두 축이 일치할 때 사용하는 고정 커플링의 일종으로, 평행한 플랜지에 리머볼트와 너트를 이용하여 결합시켜 축의 회전을 전달한다.

④ 유니버셜 조인트는 두 축이 평행하지 않고 교차할 때 축의 회전을 전달하기 위한 장치이다.

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문 12. 자동차에 사용되는 판 스프링(leaf spring)이나 쇼크 업소버(shock absorber)의 역할은?
① 클러치
② 완충 장치
③ 제동 장치
④ 동력 전달 장치

답 : ②

판 스프링(leaf spring) : 길이가 다른 몇 개의 철판을 겹쳐서 만든 스프링. 주로 자동차의 노면 진동을 완충하는 서스펜션에 쓰인다.
쇼크 업소버(shock absorber) : 차량과 차축 사이에 연결되어 자동차의 상하 진동을 흡수하여 주행의 안정성 및 승차감을 개선한다.

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문 13. 4행정 기관과 2행정 기관에 대한 설명으로 옳은 것은?
① 배기량이 같은 가솔린 기관에서 4행정 기관은 2행정 기관에 비해 출력이 작다.
② 배기량이 같은 가솔린 기관에서 4행정 기관은 2행정 기관에 비해 연료 소비율이 크다.
③ 4행정 기관은 크랭크축 1회전 시 1회 폭발하며, 2행정 기관은 크랭크축 2회전 시 1회 폭발한다.
④ 4행정 기관은 밸브 기구는 필요 없고 배기구만 있으면 되고, 2행정 기관은 밸브 기구가 복잡하다.

답 : ①

4행정 기관은 2행정 기관에 비해 출력이 작다.

④ 4행정 기관은 밸브 기구가 복잡하고 부피가 크다. 반대로 2행정 기관은 밸브 기구가 필요하지 않다.

※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. 밸브 기구가 필요하지 않다. 회전속도의 제한이 있다. 소음과 과열의 우려가 있다. 혼합기의 일부가 배기가스로 배출되어 오염물질의 배출이 많다.

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문 14. 한 쌍의 기어가 맞물려 회전할 때 이의 간섭을 방지하기 위한 방법으로 옳지 않은 것은?
① 압력각을 작게 한다.
② 기어의 이 높이를 줄인다.
③ 기어의 잇수를 한계 잇수 이하로 감소시킨다.
④ 피니언의 잇수를 최소 잇수 이상으로 증가시킨다.

답 : ①

이의 간섭을 방지하기 위해 압력각을 크게 해야 한다.

※이의 간섭(언더컷)의 방지법 6가지 : 1)피니언의 잇수 증가, 기어의 잇수 감소 2)피니언의 이뿌리면을 파낸다. 3)이끝면을 깎아낸다. 4)압력각 증가 5)이의 높이 감소 6)양(+)의 전위량 전위기어

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문 15. 감기 전동기구에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 벨트 전동기구는 벨트와 풀리 사이의 마찰력에 의해 동력을 전달한다.
② 타이밍 벨트 전동기구는 동기(synchronous)전동을 한다.
③ 체인 전동기구를 사용하면 진동과 소음이 작게 발생하므로 고속 회전에 적합하다.
④ 구동축과 종동축 사이의 거리가 멀리 떨어져 있는 경우에도 동력을 전달할 수 있다.

답 : ③

체인 전동기구는 고속 회전에 부적합하다.

※체인 전동 : 미끄럼이 없어 일정한 속도비를 얻을 수 있다. 초기장력이 필요하지 않다. 축간 거리가 짧을 때 유리하다. 진동과 소음의 우려가 있어 고속에는 부적합하다. 큰 동력을 전달하는 데 적합하다.

② 타이밍벨트는 벨트에 이를 만들고 회전축에 홈을 만들어 맞물려 회전하도록 한 것으로, 미끄럼 없이 일정한 속도비를 얻을 수 있기 때문에 종동축과 구동축이 미끄럼 없이 동시에 회전하는 동기(synchronous)전동이 가능하다.

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문 16. 냉매의 구비 조건에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 응축 압력과 응고 온도가 높아야 한다.
② 임계 온도가 높고, 상온에서 액화가 가능해야 한다.
③ 증기의 비체적이 작아야 하고, 부식성이 없어야 한다.
④ 증발 잠열이 크고, 저온에서도 증발 압력이 대기압 이상이어야 한다.

답 : ①

냉매는 응축 압력과 응고 온도가 낮아야 한다.

※냉매의 구비조건
1)점성이 작아야 한다.
2)증발 잠열이 커야 한다.
3)응고 온도가 낮아야 한다.
4)응축 압력이 낮아야 한다.
5)상온에서도 비교적 저압에서 액화될 수 있어야 한다.
6)저온에서도 증발 압력이 대기압보다 커야 한다.
7)임계 온도가 높아야 한다.
8)비체적이 작아야 한다.
9)비열이 작아야 한다.
10)표면정락여 작아야 한다.
11)열전도율이 높아야 한다.
12)반응성/폭발성/인화성/부식성이 작아야 한다.

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문 17. 축 방향의 압축하중이 작용하는 원통 코일 스프링에서 코일 소재의 지름이 d일 때 최대 전단응력이 τ₁이고, 코일 소재의 지름이 d/2일 때 최대 전단응력이 τ₂일 경우 τ₂/τ₁는? (단, 응력 수정계수는 1로 하고, 다른 조건은 동일하다)
① 2
② 4
③ 8
④ 16

답 : ③

(τ : 최대 전단응력, P : 하중, D : 코일의 지름, K : 응력수정계수, d : 소선의 지름)

τ₂에서 d가 1/2배이므로 최대 전단응력은 (1/2)³=8배가 된다.

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문 18. 유압 작동유의 점도 변화가 유압 시스템에 미치는 영향으로 옳지 않은 것은? (단, 정상운전 상태를 기준으로 한다)
① 점도가 낮을수록 작동유의 누설이 증가한다.
② 점도가 낮을수록 운동부의 윤활성이 나빠진다.
③ 점도가 높을수록 유압 펌프의 동력 손실이 증가한다.
④ 점도가 높을수록 밸브나 액추에이터의 응답성이 좋아진다.

답 : ④

점도가 너무 높으면 밸브나 액추에이터의 응답성이 저하된다.

점도가 너무 높을 때 - 마찰에 의한 동력손실 증가, 온도 상승, 저항 증가에 의한 압력 손실 증가, 공동 현상(cavitation) 및 소음 발생, 작동유의 비활성화로 응답성 저하
점도가 너무 낮을 때 - 윤활성 감소로 인한 마모 증가, 용적효율 감소, 정밀조정 및 제어 곤란, 오일의 누설 증가, 압력 유지의 어려움

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문 19. 그림과 같이 폭 b, 높이 h인 직사각 단면의 보에 휨모멘트 M이 작용하고 있다. 이 모멘트에 의해 발생되는 최대 휨응력을 σ₁, 이 단면을 90 ° 회전하여 폭 h, 높이 b로 하였을 때 동일한 휨모멘트 M이 작용할 때의 최대 휨응력을 σ₂라 한다면 σ₂/σ₁는? (단, 다른 조건은 동일하다)

답 : ①

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문 20. 금속의 결정 구조에서 결정립에 대한 설명으로 옳은 것은?
① 피로현상은 결정립계에서의 미끄러짐과 관계있다.
② 일반적으로 결정립의 크기는 용융금속이 급속히 응고되면 커지고, 천천히 응고되면 작아진다.
③ 결정립 자체는 등방성(isotropy)이지만, 다결정체로 된 금속편은 평균적으로 이방성(anisotropy)이 된다.
④ 결정립이 작을수록 단위 체적당 결정립계의 면적이 넓기 때문에 금속의 강도가 커진다.

답 : ④

결정립이 작을수록 단위체적당 결정립의 수가 많고 결정립계의 면적이 넓어진다. 결정립계는 전위의 이동을 방해하므로 강도가 증가한다.

① 피로현상은 소성변형에 의한 전위밀도 증가 및 결정 구조의 불안정성으로 인한 미세균열에 의해 발생한다. 결정립계의 미끄러짐에 의해 크리프현상이 발생한다.

② 결정립계의 크기는 용융금속이 급속히 응고되면 결정립이 성장하는 시간이 작기 때문에 그 크기가 작아지고, 반대로 천천히 응고되면 크기가 커진다.

③ 결정립 자체는 이방성이지만, 다결정체가 되면 서로 다른 방향으로 이방성을 가진 결정들이 모이기 때문에 등방성이 된다.