2022년도 국가직 9급 기계일반 문제, 정답, 해설입니다. 질문, 오류 등 궁금사항이 있으면 댓글 남겨주세요.
<문제>
<전체정답> (정답가안)
43234 / 42434 / 24312 / 13314
<해설>
문 1. 금속재료의 연성 및 취성에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 온도가 올라가면 재료의 연성은 증가한다.
② 온도가 내려가면 재료의 취성은 증가한다.
③ 높은 취성재료는 소성가공에 적합하지 않다.
④ 탄소강에서는 탄소의 함량이 높아질수록 연성이 증가한다.
답 : ④
탄소강에서 탄소의 함량이 높아질수록 연성이 감소한다.
문 2. 간접접촉에 의한 동력전달 방법에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 축간 거리가 멀 때 동력을 전달하는 방법이다.
② 타이밍 벨트 전동 방법은 정확한 회전비를 얻을 수 있다.
③ 체인은 벨트 전동 방법보다 고속회전에 적합하며 진동 및 소음이 적다.
④ 평벨트 전동 방법은 약간의 미끄럼이 생겨 두 축 간의 속도비가 변경될 수 있다.
답 : ③
체인은 벨트 전동에 비해 저속회전 및 축간 거리가 짧을 때 적합하며 진동과 소음의 우려가 있다.
문 3. 원추형 소재의 표면에 이(teeth)를 만들어 넣은 것으로 서로 교차하는 두 축 사이에 동력을 전달하기 위해 사용되는 기어는?
① 웜기어
② 베벨기어
③ 스퍼기어
④ 헬리컬기어
답: ②
원추형, 서로 교차하는 두 축 → 베벨기어에 대한 설명이다.
① 웜기어는 두 축이 서로 만나지도 평행하지도 않을 때 사용된다.
③④ 스퍼기어, 헬리컬기어는 두 축이 평행할 때 사용된다.
문 4. 단면적 500 mm2, 길이 100 mm의 금속시편에 축방향으로 인장하중 75 kN이 작용했을 때, 늘어난 길이[mm]는? (단, 탄성계수는 40 GPa, 항복강도는 250MPa이다)
① 0.125
② 0.25
③ 0.375
④ 0.5
답 : ③
문 5. 금속의 미세 조직에서 결정립(grain)과 결정립계(grain boundary)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 결정립의 크기는 냉각속도에 반비례한다.
② 결정립이 작을수록 금속의 항복강도가 커진다.
③ 결정립계는 결정립이 성장하면서 다른 결정립들과 분리되는 경계이다.
④ 결정립계는 금속의 강도 및 연성과는 무관하나 가공경화에는 영향을 미친다.
답 : ④
결정립계가 많을수록 금속의 강도가 증가하고 연성이 감소한다. (=가공경화의 진행)
① 냉각속도가 빠를수록 결정립의 성장이 어렵기 때문에 결정립의 크기가 작아진다.
② 결정립이 작을수록 외력에 의한 전위이동이 어려워지기 때문에 강도가 증가한다.
③ 결정립계(grain boundary)란, 결정립이 성장하면서 다른 결정립들과 분리되는 경계를 말하며 결정계 간의 경계부에서 배열이 흐트러지고 밀도가 낮아지며 반응성이 커지게 된다.
문 6. 기계재료에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 비정질합금은 용융상태에서 급랭시켜 얻어진 무질서한 원자 배열을 갖는다.
② 초고장력합금은 로켓, 미사일 등의 구조재료로 개발된 것으로 우수한 인장강도와 인성을 갖는다.
③ 형상기억합금은 소성변형을 하였더라도 재료의 온도를 올리면 원래의 형상으로 되돌아가는 성질을 가진다.
④ 초탄성합금은 재료가 파단에 이르기까지 수백 % 이상의 큰 신장률을 보이며 복잡한 형상의 성형이 가능하다.
답 : ④
초소성합금에 대한 설명이다. 초탄성(hyper elastic)이란 특정 온도 이상에서 형상기억합금에 힘을 가하고 탄성한계를 넘겨 소성변형을 시켰어도 힘을 제거하면 원래의 형태로 돌아오는 것을 말한다.
※합금의 결정구조
단결정 구조 : 모든 입자가 규칙적인 형상을 하고 결정립계가 존재하지 않으며 방향에 따라 성질이 다른 이방성을 보인다.
다결정 구조 : 단결정을 이루는 부분들이 부분에 따라 결정립계를 이루어 존재하는 것을 말한다. 대부분의 금속이 응고되면 일반적으로 다결정체를 형성한다. 용융금속의 불순물은 주로 결정립경계에 축적되며 냉각 시 고용체를 형성한다.
비정질 구조 : 입자가 불규칙적으로 배열된 형태를 말하며 냉각 시 응고시간이 짧으면 형성된다.
문 7. 축과 축을 연결하여 회전토크를 전달하는 기계요소가 아닌 것은?
① 클러치(clutch)
② 새들키(saddle key)
③ 유니버셜 조인트(universal joint)
④ 원통형 커플링(cylindrical coupling)
답 : ②
새들키는 기어, 풀리 등과 축을 연결하는 기계요소이다.
문 8. 나사의 풀림방지 방법 중 로크너트(lock nut)에 대한 설명으로 옳은 것은?
① 홈붙이 6각 너트의 홈과 볼트 구멍에 분할핀을 끼워 너트를 고정한다.
② 너트의 옆면에 나사 구멍을 뚫고 멈춤나사를 박아 볼트의 나사부를 고정한다.
③ 너트와 결합된 부품 사이에 일정한 축방향의 힘을 유지하도록 탄성이 큰 스프링 와셔를 끼운다.
④ 2개의 너트로 충분히 조인 후 안쪽 너트를 반대방향으로 약간 풀어 바깥쪽 너트에 밀착시킨다.
답 : ④
로크너트는 2개의 너트로 조인 후 안쪽 너트를 바깥쪽 너트에 밀착시키는 것을 통해 마찰되는 면을 늘려 풀림방지하는 방법이다.
문 9. 다음 설명에 해당하는 용접법은?
산화철 분말과 알루미늄 분말을 혼합하여 점화시키면 산화알루미늄(Al₂O₃)과 철(Fe)을 생성하면서 높은 열이 발생한다. 철도레일, 잉곳몰드와 같은 대형 강주조물이나 단조물의 균열 보수, 기계 프레임, 선박용 키의 접합 등에 적용된다.
① 가스 용접(gas welding)
② 아크 용접(arc welding)
③ 테르밋 용접(thermit welding)
④ 저항 용접(resistance welding)
답 : ③
테르밋용접에 대한 설명이다.
테르밋용접은 알루미늄(Al)과 산화철(FeO)분말을 혼합하여 알루미나(Al₂O₃)가 생성되는 용접(금속 산화물이 알루미늄에 의하여 산소를 빼앗기는 반응을 이용)이며 접합강도가 낮다. 설비가 간단하고 설치비가 저렴하며 용접변형이 적고 용접시간이 짧다. 레일의 접합, 차축, 선박의 선미 프레임 등 비교적 큰 단면을 가진 주조나 단조품의 맞대기 용접과 보수 용접에 사용된다.
문 10. 주조법의 종류와 그 특징에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 다이캐스팅(die casting)은 용탕을 고압으로 주형 공동에 사출하는 영구주형 주조방식이다.
② 원심 주조(centrifugal casting)는 주형을 빠른 속도로 회전시켜 발생하는 원심력을 이용한 주조방식이다.
③ 셸 주조(shell molding)는 모래와 열경화성수지 결합제로 만들어진 얇은 셸 주형을 이용한 주조방식이다.
④ 인베스트먼트 주조(investment casting)는 주형 표면에서 응고가 시작된 후에 주형을 뒤집어 주형 공동 중앙의 용탕을 배출함으로써 속이 빈 주물을 만드는 주조방식이다.
답 : ④
슬러시주조에 대한 설명이다.
문 11. 축과 관련된 기계요소에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 저널(journal)은 회전운동을 하는 축에서 베어링(bearing)과 접촉하는 부분이다.
② 커플링(coupling)은 운전 중 결합을 풀거나 연결할 수 있는 축이음 기계요소이다.
③ 구름베어링(rolling bearing)은 미끄럼베어링(sliding bearing)보다 소음이 발생하기 쉽다.
④ 베어링(bearing)은 축에 작용하는 하중을 지지하면서 원활한 회전을 유지하도록 한다.
답 : ②
커플링은 운전 중 결합을 풀거나 연결할 수 없는 영구적 이음이다.
※커플링과 클러치
모두 원동-종동축간 회전운동을 전달하나, 커플링은 영구적 이음이고 클러치는 운전 중 분리가 가능하다.
문 12. 역학적 물리량을 SI 단위로 나타낸 것으로 옳지 않은 것은?
① 일 [N·m]
② 힘 [kg·m/s²]
③ 동력 [N·m/s]
④ 에너지 [N·m/s²]
답 : ④
에너지의 단위는 일[N·m]과 같다.
문 13. 다음 가공공정 중 연마입자를 사용하여 가공물의 표면정도를 향상시키는 것은?
① 선삭
② 밀링
③ 래핑
④ 드릴링
답 : ③
연삭숫돌을 이용한 가공 - 연삭, 호닝, 슈퍼피니싱, 폴리싱
연마입자를 이용한 가공 - 액체호닝, 래핑, 버핑, 초음파가공, 배럴링(텀블링)
문 14. NC 공작기계에서 사용하는 코드에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① F코드: 주축모터 각속도 지령
② M코드: 주축모터 on/off 제어 지령
③ T코드: 공구교환 등 공구 기능 지령
④ G코드: 직선 및 원호 등 공구이송 운동을 위한 지령
답 : ①
주축모터 각속도 지정은 G코드 중 G96(주속일정제어)에 해당한다.
② M05에 대한 설명이다.
③ T코드는 공구기능을 지령한다.
④ G01 : 직선보간, G02 : 원호보간(CW), G03 : 원호보간(CCW)에 대한 설명이다.
문 15. 공구재료에 대한 설명으로 옳은 것은?
① 세라믹 공구는 저온보다 고온에서 경도가 높아지는 장점이 있다.
② 다이아몬드 공구는 철계 금속보다 비철금속이나 비금속 가공에 적합하다.
③ 파괴파손을 피하기 위해 인성(toughness)이 낮은 공구 재료가 유리하다.
④ 고속도강은 초경합금보다 고온 경도가 높아 높은 절삭속도로 가공하기에 적합하다.
답 : ②
다이아몬드 공구는 탄소와의 화학적 친화성 때문에 비철금속 및 비금속의 가공에 적합하다.
① 세라믹은 고온경도가 높으며, 고온경도란 고온에서도 경도가 유지되는 성질을 말하나 저온보다 고온에서 경도가 높아진다고는 볼 수 없다.
③ 파괴파손을 피하기 위해 인성(toughness, 파단될 때까지 단위 체적당 흡수한 에너지의 총량)이 높아야 한다.
④ 절삭공구의 경도순서 : 다이아몬드>CBN>세라믹>서멧>초경합금>고속도강>탄소공구강
문 16. 유압 작동유에 기포가 발생할 경우 생기는 현상으로 옳은 것만을 모두 고른 것은?
ㄱ. 윤활작용이 저하된다.
ㄴ. 작동유의 열화가 촉진된다.
ㄷ. 압축성이 감소하여 유압기기 작동이 불안정하게 된다.
① ㄱ, ㄴ
② ㄱ, ㄷ
③ ㄴ, ㄷ
④ ㄱ, ㄴ, ㄷ
답 : ①
캐비테이션(cavitation) 현상에 대한 설명이다. 작동유에 기포가 포함되어 있으면 윤활작용이 감소하고 작동유의 열화가 촉진된다. 기포(기체)는 작동유(액체)에 비해 압축성이 높으므로 압축성이 증가하여 유압기기 작동이 불안정하게 된다.
문 17. 동일한 가공조건으로 연삭했을 때, 가장 좋은 표면거칠기를 얻을 수 있는 연삭 숫돌은? (단, 표면거칠기는 연마재의 입자 크기에만 의존한다고 가정한다)
① 25 A 36 L 9 V 23
② 35 C 50 B 8 B 51
③ 45 A 90 G 5 S 45
④ 51 C 70 Y 7 R 12
답 : ③
연마재의 크기는 입도와 관련이 있다. 연삭숫돌의 표기법에서 숫돌입자, 입도, 결합도, 조직, 결합제 순으로 표기되며 입도는 메시(mesh, 체의 1inch 사각형의 분할 수)로 나타난다. 즉 입도를 나타내는 숫자가 클수록 입자의 크기가 작으며 가장 좋은 표면거칠기를 얻을 수 있다. 숫돌입자(A, C) 다음에 나오는 숫자가 입도를 의미하며, 다음과 같이 ③에서 제일 크다.
① 25 A 36 L 9 V 23
② 35 C 50 B 8 B 51
③ 45 A 90 G 5 S 45
④ 51 C 70 Y 7 R 12
문 18. 폴리염화비닐, ABS, 인베스트먼트 주조용 왁스, 금속, 세라믹 등 재료를 분말형태로 사용하는 쾌속조형법은?
① 광조형법(stereolithography)
② 고체평면노광법(solid ground curing)
③ 선택적 레이저소결법(selective laser sintering)
④ 용융 용착모델링법(fused-deposition modeling)
답 : ③
선택적레이저소결(selective laser sintering)은 플라스틱분말에 레이저를 쏘아 소결하는 방식이다.
① 광조형법(streolithography)은 액상 광폴리머에 레이저빔을 쬐어 굳히고 적층한다.
② 고형기반경화 또는 고형지지경화(solid ground curing)는 광경화수지에 마스크를 통해 자외선을 노출시켜 층을 경화하여 적층시킨다.
④ 융착모델링법(fused deposition modeling)은 열가소성 플라스틱 필라멘트(광경화수지)를 재료로 하여 녹였다가 분사하여 적층시킨다.
문 19. 내연기관의 배기가스 유해성분에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 배기가스 재순환(EGR)율을 낮추면 질소산화물(NOx) 배출량이 감소한다.
② 3원촉매(three way catalytic converter)는 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx 을 정화할 수 있는 촉매이다.
③ 경유 자동차의 배출가스 중에서 유해가스로 규제되는 성분 중 입자상 물질(PM: particulate matters)과 질소산화물(NOx )의 배출량이 많아 문제시되고 있다.
④ 매연여과장치(DPF: diesel particulate filter trap)는 디젤 기관에서 배출되는 입자상 물질(PM)을 80% 이상 저감할 수 있다.
답 : ①
배기가스 재순환(EGR)은 배출 가스의 일부를 흡입 공기에 혼입시키고 연소 온도의 억제를 통해 NOx의 발생을 저감하는 장치를 말하며, EGR율은 (EGR가스량)/(EGR가스량+흡입공기량)*100%으로 나타낸다. 배기가스 재순환(EGR)율을 낮추면 질소산화물 배출량이 증가한다.
※배기가스 저감 장치
1)EGR(Exhaust Gas Recirculation) : 배출 가스의 일부를 흡입 공기에 혼입시켜 연소 온도를 억제하는 것으로서, NOx의 발생을 저감하는 장치이다.
2)DOC(Diesel Oxidation Catalysts) : 촉매장치로 배기가스를 재순환시켜 CO와 HC의 함유량을 더 감소시키는 장치이다.
3)DPF(Diesel Particulate Filter) : 필터를 통해 엔진에서 배출되는 유해가스를 포집하여 매연 배출을 감소시킨다.
4)SCR(Selective Catalytical Reduction) : 배기가스에서 발생되는 NOx를 이용한 가수분에 반응을 통해여 CO2, NH3, H2O로 환원하는 장치이다.
5)LNT(Lean NOx Trap) : 배출된 질소산화물을 흡착할 수 있는 필터를 이용해 NOx를 모아놓은 후 이를 산화시켜 필터를 환원시킨다.
문 20. 전해연마(electrolytic polishing)의 특징으로 옳지 않은 것은?
① 미세한 버(burr) 제거 작업에도 사용된다.
② 복잡한 형상, 박판부품의 연마가 가능하다.
③ 표면에 물리적인 힘을 가하지 않고 매끄러운 면을 얻을 수 있다.
④ 철강 재료는 불활성 탄소를 함유하고 있으므로 연마가 용이하다.
답 : ④
전해 연마 시 텅스텐, 코발트, 알루미늄, 동 등 비철금속에는 가공이 용이하고, 철과 강 등 탄소량이 높은 금속에는 가공이 불리하다.
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