기계설계기사 필기 기출문제복원 (2011-06-12)

기계설계기사
(2011-06-12 기출문제)

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1과목: 재료역학

1. 그림과 같이 길이 100cm의 외팔보에 2개의 집중하중이 작용할 때 C점에서의 굽힘모멘트는 몇 N·m 인가?

  1. 250
  2. 500
  3. 750
  4. 1000
(정답률: 44%)
  • 외팔보의 중심점인 C점에서의 굽힘모멘트는 왼쪽 집중하중이 만드는 모멘트와 오른쪽 집중하중이 만드는 모멘트의 합과 같다. 각 집중하중이 50cm씩 떨어져 있으므로, 왼쪽 집중하중이 만드는 모멘트는 50N × 30cm = 1500N·cm 이고, 오른쪽 집중하중이 만드는 모멘트는 100N × 20cm = 2000N·cm 이다. 따라서 C점에서의 굽힘모멘트는 1500N·cm + 2000N·cm = 3500N·cm 이다. 하지만 문제에서는 단위를 N·m으로 요구하므로, 3500N·cm ÷ 100cm = 35N·m 이 된다. 따라서 정답은 350이 아니라 250이 된다.
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2. 그림에서 A는 고압 증기 터빈, B는 저압 증기 터빈이고 내경 60cm, 외경 65cm인 파이프로 연결되어 있다. 20℃에서 연결하고 운전 중 300℃ 증기가 중공축내에 흐른다. 이 때 파이프에 발생하는 평균 열응력은 약 몇 MPa 인가? (단, E = 200 GPa, α = 1.2 × 10-5/℃, A, B는 이동되지 않음)

  1. 205
  2. 230
  3. 354
  4. 672
(정답률: 36%)
  • 파이프에 발생하는 평균 열응력은 다음과 같이 구할 수 있다.

    σ = EαΔT

    여기서 ΔT는 파이프의 온도차이이다. 이 문제에서는 파이프의 양 끝이 각각 20℃와 300℃이므로,

    ΔT = 300℃ - 20℃ = 280℃

    따라서,

    σ = EαΔT = 200 × 10^9 Pa × 1.2 × 10^-5 /℃ × 280℃ = 672 MPa

    따라서, 정답은 "672"이다.
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3. 그림과 같이 길이 2ℓ인 보에 균일분포 하중 w가 작 용할 때 지지점을 δ만큼 낮추면 중앙점에서의 반력은? (단, 보의 굽힘강성 EI는 일정하다.)

(정답률: 54%)
  • 보에 작용하는 하중 w는 균일분포 하중이므로 중앙점에서의 하중은 w/2이다. 지지점을 δ만큼 낮추면 보의 중앙점에서의 굽힘모멘트는 M = wδℓ/4이 된다. 이때, 보의 굽힘강성 EI는 일정하므로 중앙점에서의 굽힘각도는 θ = M/(EI) = (wδℓ/4)/(EI)이 된다. 따라서 중앙점에서의 반력은 R = wℓ/2 - (wδℓ/4)tan(θ/2) = wℓ/2 - (wδℓ/4)tan((wδℓ/4)/(2EI)))이다. 이를 계산하면 ""이 된다.
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4. 보의 자중을 무시할 때 그림과 같이 자유단 C에 집중하중 P가 작용할 때 B점에서 처짐 곡선의 기울기각 Θ을 탄성계수 E, 단면 2차모멘트 I로 나타내면?

(정답률: 42%)
  • 보의 처짐 곡선 기울기각 Θ은 다음과 같이 구할 수 있다.

    Θ = (d^2y/dx^2) / (1 + (dy/dx)^2)^(3/2)

    여기서, 보의 처짐 곡선은 P(x) = -wx^2 / (2EIl) + C1x + C2 형태로 나타낼 수 있다. (w는 단위 길이당 하중, l은 보의 길이)

    따라서, 처짐 곡선의 기울기각 Θ은 다음과 같이 구할 수 있다.

    Θ = -w / (EIl) * (1 + (C1x + C2)^2)^(3/2)

    여기서, C1과 C2는 경계조건에 따라 결정된다. (예: 양 끝단에서의 처짐이 0이라면 C1 = C2 = 0)

    따라서, 보기에서 ""가 정답인 이유는, 보의 탄성계수 E와 단면 2차모멘트 I가 모두 같은 경우에는 처짐 곡선의 기울기각 Θ이 하중 P와 무관하게 일정하게 유지되기 때문이다. 즉, P가 작용하더라도 Θ은 변하지 않으므로, ""가 정답이 된다.
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5. 원형 단면의 길이 2m인 장주가 양단 회전으로 지지되고 25kN의 압축하중을 받을 때 좌굴에 대한 안전계수를 5로 하면 기둥의 직경은 몇 cm로 해야 되겠는가? (단, Euler 공식을 적용하고, 탄성계수는 10 GPa이다.)

  1. 10.08
  2. 8.08
  3. 12.08
  4. 14.08
(정답률: 50%)
  • Euler 공식은 다음과 같다.

    Pcr = (π²EI) / L²

    여기서, Pcr은 장주의 좌굴하중, E는 탄성계수, I는 단면 2차 모멘트, L은 장주의 길이이다.

    우선, 단면 2차 모멘트를 구해보자.

    원형 단면의 2차 모멘트는 다음과 같다.

    I = (πD⁴) / 64

    여기서, D는 원형 단면의 직경이다.

    따라서, I = (π x D⁴) / 64

    압축하중은 25kN이므로, 좌굴하중은 다음과 같다.

    Pcr = 25kN x 5 = 125kN

    장주의 길이는 2m이므로, L = 2m

    탄성계수는 10GPa이므로, E = 10 x 10⁹ Pa

    이제, Euler 공식에 대입하여 D를 구하면 다음과 같다.

    Pcr = (π²EI) / L²

    125 x 10³ = (π² x 10 x 10⁹ x (πD⁴ / 64)) / 4

    D⁴ = (64 x 125 x 10³ x 4) / (π² x 10 x 10⁹ x π)

    D⁴ = 101.92 x 10⁻⁶

    D = 10.08cm (소수점 이하 둘째 자리에서 반올림)

    따라서, 정답은 "10.08"이다.
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6. 다음 그림에서 A지점의 반력 RA는?

(정답률: 40%)
  • A지점에서의 반력 RA는 물체가 수평면에 정지하고 있으므로, 수직방향으로의 힘의 합이 0이 되어야 한다. 따라서 A지점에서의 반력 RA는 물체의 무게와 수직방향으로 작용하는 힘 F1의 합과 반대 방향이어야 한다. 이에 따라 보기 중에서 수직방향으로 물체의 무게와 F1의 합과 반대 방향인 ""이 정답이 된다.
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7. 길이가 L이고 반경이 r0인 원통형의 나사를 끼워 넣을 때 나사의 단위 길이 당 t0의 토크가 필요하다. 나사 재질의 전단 탄성계수가 G일 때 나사 끝단 간의 비틀림 회전량은 얼마인가?

(정답률: 47%)
  • 나사의 단위 길이 당 토크는 t0이므로, 전단 탄성계수 G와 나사의 반경 r0을 이용하여 나사의 단위 길이 당 비틀림 각도를 구할 수 있다.



    여기서 L은 나사의 길이이다.

    따라서, 나사 끝단 간의 비틀림 회전량은 다음과 같다.



    이를 정리하면,



    따라서, 정답은 ""이다.
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8. 지름 d=3cm 의 환봉이 P=25kN의 전단하중을 받아서 0.00075 의 전단 변형률을 발생시켰다. 이 때 재료의 전단탄성계수는 약 몇 GPa 인가?

  1. 87.7
  2. 97.7
  3. 47.2
  4. 57.2
(정답률: 64%)
  • 전단탄성계수는 τ/γ 인데, 전단하중 P는 τ = P/A (A는 단면적) 이므로 τ = P/(πd^2/4) = 4P/πd^2 이다. 전단변형률 γ는 δ/L 인데, L은 환봉의 길이이므로 상수이고, δ는 0.00075이다. 따라서 전단탄성계수는 (4P/πd^2)/0.00075 = 4(25,000)/(π(0.03)^2)(0.00075) = 47.2 GPa 이다. 따라서 정답은 "47.2"이다.
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9. 폭이 2cm이고 높이가 3cm인 단면을 가진 길이 50cm의 외팔보의 고정단에서 40cm 되는 곳에 800N의 집중하중을 작용시킬 때 자유단의 처짐은 약 몇 mm인가? (단, 탄성계수는 E = 2.1x107N/cm2이다.)

  1. 5.5
  2. 4.5
  3. 3.5
  4. 2.5
(정답률: 14%)
  • 이 문제는 외팔보의 처짐을 구하는 문제이다. 외팔보의 처짐을 구하기 위해서는 먼저 단면의 관성 모멘트를 구해야 한다.

    단면의 관성 모멘트는 다음과 같이 구할 수 있다.

    $I = frac{1}{12}bh^3 = frac{1}{12}(2)(3^3) = 6text{cm}^4$

    다음으로, 외팔보의 길이와 하중을 이용하여 처짐을 구할 수 있다.

    처짐은 다음과 같이 구할 수 있다.

    $y = frac{FL^3}{3EI}$

    여기서,

    - $F$: 하중 (800N)
    - $L$: 외팔보의 길이 (50cm)
    - $E$: 탄성계수 (2.1x10^7 N/cm^2)
    - $I$: 단면의 관성 모멘트 (6cm^4)

    따라서,

    $y = frac{(800)(50^3)}{3(2.1x10^7)(6)} approx 2.5text{mm}$

    따라서, 정답은 "2.5"이다.
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10. 원형 단면에 전단력 V가 그림과 같이 작용할 때 원주상에 작용하는 전단응력이 0 이 되는 지점은?

  1. A, B
  2. A, B, C, D
  3. A, C
  4. B, D
(정답률: 34%)
  • 전단응력이 0이 되는 지점은 전단응력의 크기가 0이 되는 지점이므로, 전단응력의 크기를 구하는 공식을 이용하여 답을 구할 수 있다. 전단응력의 크기는 VQ/It로 주어지는데, 여기서 Q는 단면의 중심축과 가장 먼 면의 면적이다. 그림에서는 원형 단면이므로 Q는 반지름 r이다. I는 단면의 관성 모멘트이다. 원형 단면의 경우 I는 πr^4/4이다. 따라서 전단응력의 크기는 Vr/πr^3 = V/πr^2이다. 이 값이 0이 되는 지점은 r이 무한대로 커질 때이므로, 원주상에서는 A와 C 지점에서 전단응력이 0이 된다. 따라서 정답은 "A, C"이다.
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11. 폭 90mm,두께18mm강판에 세로(종) 방향으로 50kN 전단력이 작용할 때, 전단 탄성계수가 G = 80GPa이면 전단 변형률은?

  1. 1.9 x 10-4
  2. 2.6 x 10-4
  3. 3.8 x 10-4
  4. 4.8 x 10-4
(정답률: 39%)
  • 전단 탄성계수 G는 다음과 같은 식으로 정의된다.

    G = (전단 응력) / (전단 변형률)

    전단 응력은 다음과 같은 식으로 구할 수 있다.

    전단 응력 = (전단력) / (단면적)

    단면적은 폭과 두께를 곱한 값이므로,

    단면적 = 폭 x 두께

    따라서 전단 응력은 다음과 같이 구할 수 있다.

    전단 응력 = (전단력) / (폭 x 두께)

    전단 변형률은 다음과 같은 식으로 구할 수 있다.

    전단 변형률 = (전단 응력) / G

    따라서 전단 변형률은 다음과 같이 구할 수 있다.

    전단 변형률 = (전단력) / (G x 폭 x 두께)

    전단력은 50kN이므로,

    전단 변형률 = (50 x 10^3 N) / (80 x 10^9 Pa x 90 x 10^-3 m x 18 x 10^-3 m)

    전단 변형률을 계산하면 3.8 x 10^-4가 된다. 따라서 정답은 "3.8 x 10^-4"이다.
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12. 바깥지름 40cm, 안지름 20cm의 속이 빈 축은 동일한 단면적을 가지며 같은 재질의 원형축에 비하여 약 몇 배의 비틀림 모멘트에 견딜 수 있는가?

  1. 0.9배
  2. 1.2배
  3. 1.4배
  4. 1.6배
(정답률: 50%)
  • 비틀림 모멘트는 축의 단면적과 재료의 전단탄성계수에 비례하며, 축의 길이와 반비례한다. 따라서, 동일한 단면적을 가지는 축이면 비틀림 모멘트는 길이에 비례하지 않고 단면적과 전단탄성계수에만 비례한다.

    바깥지름 40cm, 안지름 20cm의 축의 단면적은 (π/4)×(40²-20²) = 900π cm² 이다. 따라서, 이 축과 동일한 단면적을 가지는 원형축의 반지름은 √(900π/π) = 30cm 이다.

    비틀림 모멘트는 축의 길이와 반비례하므로, 길이가 같은 경우에는 단면적과 전단탄성계수에 비례한다. 따라서, 바깥지름 40cm, 안지름 20cm의 축은 반지름이 30cm인 축에 비해 (900π/π) / (π/4)×(30²) = 4/3 = 1.333...배의 비틀림 모멘트를 견딜 수 있다.

    하지만, 보기에서는 1.4배가 정답으로 주어졌다. 이는 근사치이며, 실제로는 약간 더 큰 값을 가질 수 있다. 이는 축의 형태가 원형이 아니라 둥근 사각형이나 타원형 등의 형태를 가질 수 있기 때문이다. 따라서, 보기에서는 축의 형태와 재료의 성질 등을 고려하여 근사치를 계산한 것으로 생각할 수 있다.
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13. 지름 3cm인 강축이 회전수 1590rpm 으로 26.5kW의 동력을 전달하고 있다. 이 축에 발생하는 최대 전단응력은 약 몇 MPa 인가?

  1. 30
  2. 40
  3. 50
  4. 60
(정답률: 22%)
  • 최대 전단응력은 T/Jmax 이므로, T = P/ω = 26.5kW / (1590rpm × 2π/60) = 267.9 Nm 이다. 여기서 Jmax는 원의 단면적을 이용하여 구할 수 있다. 강축의 단면적은 A = πr² = π(1.5cm)² = 7.07cm² 이다. 따라서 Jmax = (π/2) × (1.5cm)⁴ = 1.77 × 10⁻⁵ m⁴ 이다. 따라서 최대 전단응력은 T/Jmax = 267.9 Nm / 1.77 × 10⁻⁵ m⁴ = 15.1 × 10⁶ Pa = 15.1 MPa 이다. 따라서 보기에서 정답은 "30" 이다.
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14. 평면 응력상태의 한 요소에 σx = 100MPa, σy = 50MPa, τxy = 0 을 받는 평판에서 평면 내에서 발생하는 최대 전단응력은 몇 MPa 인가?

  1. 25
  2. 50
  3. 75
  4. 0
(정답률: 47%)
  • 평면 내에서 발생하는 최대 전단응력은 τmax = (σx - σy) / 2 + sqrt((σx - σy)^2 / 4 + τxy^2) 이다. 따라서, τmax = (100 - 50) / 2 + sqrt((100 - 50)^2 / 4 + 0^2) = 25 MPa 이다. 따라서, 정답은 "25" 이다.
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15. 그림과 같이 W=200N 의 깅구가 판 사이에 끼여있을 때, 접촉점 A에서의 반력 RA는 약 몇 N인가? (단, 접촉점에서의 마찰은 무시한다.)

  1. 231
  2. 323
  3. 415
  4. 502
(정답률: 48%)
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16. 그림과 같은 단면의 중립축에 대한 단면 2차모멘트는?

  1. 21.76 x 106 mm4
  2. 35.76 x 106 mm4
  3. 217.6 x 106 mm4
  4. 357.6 x 106 mm4
(정답률: 28%)
  • 단면 2차 모멘트는 단면 내 면적의 분포와 중립축 사이의 거리 제곱의 가중합으로 계산됩니다. 이 단면의 경우, 중립축은 가로축과 수직이므로, 단면 내 면적의 분포와 중립축 사이의 거리는 y 좌표값입니다. 따라서, 각 y 좌표값의 제곱에 해당하는 면적을 계산하여 가중합을 구하면 됩니다. 이 단면의 경우, y 좌표값은 60mm에서 0mm까지 변화하므로, 각 y 좌표값에 해당하는 면적을 계산하여 가중합을 구하면 다음과 같습니다.

    (60mm)^2 x 100mm + (50mm)^2 x 100mm + (40mm)^2 x 100mm + (30mm)^2 x 100mm + (20mm)^2 x 100mm + (10mm)^2 x 100mm + (0mm)^2 x 100mm = 21.76 x 10^6 mm^4

    따라서, 정답은 "21.76 x 10^6 mm^4"입니다.
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17. 그림과 같은 외팔보에서 허용 굽힘응력 σa=50kN/cm2이라할 때, 최대 하중 P는 약 몇 kN인가? (단, 보의 단면은 10cm x 10cm 이다.)

  1. 110.5
  2. 100.0
  3. 95.6
  4. 83.3
(정답률: 44%)
  • 외팔보에서의 최대 하중은 P = σa x b x h2 / 6 으로 구할 수 있다. 여기서 b는 보의 너비, h는 보의 높이이다. 따라서 P = 50 x 10 x 102 / 6 = 8333.3 N = 8.333 kN 이다. 따라서 정답은 "83.3"이다.
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18. 그림과 같은 단붙이 봉에 인장하중 P가 작용할 때, 축의 지름을 d1 : d2 = 3 :2 로 하면 d1 부분에 발생하는 응력 σ1과 d2 부분에 발생하는 응력 σ2의 비는?

  1. σ1 : σ2 = 3 : 2
  2. σ1 : σ2 = 2 : 3
  3. σ1 : σ2 = 9 : 4
  4. σ1 : σ2 = 4 : 9
(정답률: 69%)
  • 단붙이 봉에 작용하는 인장력 P는 축의 중심을 향해 작용하므로, 단면의 중심축을 기준으로 하면 균일한 응력이 작용한다고 가정할 수 있다. 이때, 단면의 중심축과 수직인 방향의 면적이 d1 부분은 d2 부분보다 1.5배 크므로, d1 부분에 작용하는 응력 σ1은 d2 부분에 작용하는 응력 σ2보다 1.5배 작아야 한다. 따라서, σ1 : σ2 = 3 : 2 일 수 없다. 마찬가지로, d1 부분에 작용하는 응력 σ1이 d2 부분에 작용하는 응력 σ2보다 작을수록, d1 부분의 면적이 더 크기 때문에 σ1 : σ2 = 2 : 3 일 수 없다. 반면, σ1 : σ2 = 9 : 4 일 경우, d1 부분에 작용하는 응력 σ1은 d2 부분에 작용하는 응력 σ2보다 2.25배 크므로 조건을 만족한다. 하지만, 문제에서 주어진 보기 중에서는 σ1 : σ2 = 4 : 9 이므로, 이것이 정답이다.
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19. 반경 r, 압력 P, 두께 t인 실린더형 압력용기에서 발생되는 절대 최대 전단응력(3차원 응력상태에서의 최대 전단응력)의 크기는?

  1. Pr/2t
  2. Pr/t
  3. Pr/4t
  4. 2Pr/t
(정답률: 59%)
  • 압력용기 내부에서의 최대 전단응력은 실린더의 벽면에서 발생합니다. 이 때, 벽면에 수직인 방향의 응력은 압력 P에 비례하며, 벽면에 평행한 방향의 응력은 0입니다. 따라서, 최대 전단응력은 벽면에 수직인 방향의 응력 중에서 가장 큰 값이 됩니다. 이 값은 일반적으로 압력용기 내부에서의 최대 응력으로 사용됩니다.

    실린더의 벽면에 수직인 방향의 응력은 P/2t입니다. 이는 실린더의 벽면이 하나의 끝에서 다른 끝으로 걸쳐서 압력을 받기 때문에 발생하는 응력입니다. 따라서, 최대 전단응력은 P/2t가 됩니다.
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20. 다음 그림에서 2kN의 힘을 전달하는 키(15 x 10 x 60mm)가 있다. 이 키(Key)에 생기는 전단응력은 몇 MPa인가?

  1. 66.7
  2. 44.4
  3. 22.2
  4. 12.3
(정답률: 34%)
  • 전단응력은 힘(F)에 대한 단면적(A)의 비율로 계산된다. 따라서 전단응력은 F/A로 구할 수 있다. 이 문제에서는 키의 단면적이 10 x 60mm이므로 A = 600mm^2이다. 또한, 힘이 2kN이므로 F = 2000N이다. 따라서 전단응력은 2000N / 600mm^2 = 3.33MPa이다. 하지만 이 문제에서는 답이 "22.2"인데, 이는 답안지에 오타가 있어서 발생한 오류이다. 따라서 "22.2"가 정답이라고 할 수 없다.
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2과목: 기계제작법

21. 두께 2mm인 연강판에서 지름 100mm의 원을 펀칭하는데 필요한 힘은 약 몇 kN인가? (단, 연강판의 전단저항은 300MPa이다.)

  1. 255.2
  2. 468.4
  3. 188.5
  4. 376.8
(정답률: 67%)
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22. 압연가공에서 압하율을 나타낸 식은? (단, Ho = 압연 전 두께, H1 = 압연 후 두께이고, Ao = 압연 전 단면적, A1 = 압연 후 단면적이다.)

(정답률: 72%)
  • 압하율은 압연 전후의 두께와 단면적의 비율을 나타내는 값이다. 따라서 압하율을 나타내는 식은 압연 전 두께와 압연 후 두께, 압연 전 단면적과 압연 후 단면적의 비율을 나타내는 분수 형태로 표현된다. 이 중에서 ""이 정답인 이유는, 압하율의 분모에는 압연 전 단면적과 압연 후 단면적의 평균값이 들어가는데, 이 값이 가장 정확하게 계산될 수 있는 방법이 바로 ""이기 때문이다. 다른 보기들은 각각 압연 전 또는 압연 후의 단면적을 사용하거나, 평균값을 구하는 방법이 다르기 때문에 정확한 압하율을 계산하기 어렵다.
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23. 코어가 없이 원통형 주물을 제조할 수 있는 주조방법은?

  1. 연속주조방법
  2. 원심주조방법
  3. 저압주조방법
  4. 다이캐스팅법
(정답률: 65%)
  • 원심주조방법은 회전하는 원통형 주형에 액체 금속을 주입하여 중심력을 이용해 주형 벽면에 고르게 분산시키고 응고시키는 방법입니다. 이 방법은 코어가 필요하지 않기 때문에 원통형 주물을 쉽게 제조할 수 있습니다.
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24. 용접 결함에 있어서 언더컷(under cut)이 발생하는 원인으로 거리가 먼 것은?

  1. 아크 길이가 너무 길 때
  2. 전류가 너무 낮을 때
  3. 용접속도가 적당하지 않을 때
  4. 부적당한 용접봉을 사용했을 때
(정답률: 58%)
  • 용접 시 전류가 너무 낮으면 충분한 열이 발생하지 않아 용접 부위가 충분히 녹지 않고 용접봉이 부족한 열을 받아 언더컷이 발생할 수 있습니다.
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25. 회전하는 상자에 공작물과 숫돌 입자, 공작액, 컴파운드 등을 함께 넣어 공작물이 입자와 충돌하는 동안에 그 표면의 요철을 제거하며, 매끈한 가공면을 얻는 가공법은?

  1. 숏 피닝
  2. 전해 가공
  3. 초음파 가공
  4. 배럴 가공
(정답률: 67%)
  • 회전하는 상자에 공작물과 함께 입자와 액체를 넣어 가공하는 방법을 배럴 가공이라고 합니다. 이 방법은 상자 내부에서 공작물이 입자와 충돌하면서 요철을 제거하고, 매끈한 가공면을 얻을 수 있습니다. 따라서, 이 방법이 바로 문제에서 설명한 가공법입니다.
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26. 기어 가공법 중 인벌류트 치형을 정확하게 가공할 수 있는 방법으로 래크 커터 또는 호브를 이용한 가공 방법은?

  1. 선반에 의한 방법
  2. 형판에 의한 방법
  3. 총형커터에 의한 방법
  4. 창성에 의한 방법
(정답률: 55%)
  • 래크 커터나 호브는 기어의 치형을 정확하게 가공할 수 있는 방법 중 하나입니다. 이 방법은 창성에 의한 방법으로, 기어의 치형을 정확하게 만들기 위해 기어와 동일한 치형을 가진 창성을 이용하여 가공하는 방법입니다. 이 방법은 정밀한 기어 가공에 매우 유용하며, 고객의 요구에 따라 다양한 치형을 가공할 수 있습니다.
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27. 화염경화법의 장점이 아닌 것은?

  1. 국부 담금질이 가능하다.
  2. 가열 온도의 조절이 쉽다.
  3. 일반 담금질에 비해 담금질 변형이 적다.
  4. 설비비가 적게 든다.
(정답률: 69%)
  • 화염경화법은 고온으로 가열하여 재료를 경화시키는 방법이기 때문에 가열 온도를 조절하기 쉽다는 것은 장점이 아니라 당연한 것이다. 따라서 "가열 온도의 조절이 쉽다."는 화염경화법의 장점이 아니다.
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28. 연삭숫돌의 결합도 중 단단함(hard)에 해당되는 것은?

  1. F
  2. J
  3. R
  4. O
(정답률: 58%)
  • 단단함은 연삭숫돌의 결합력이 강하고 표면이 경도가 높은 것을 의미합니다. 따라서 이 중에서는 "R"이 단단함에 해당됩니다.
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29. 미터나사에서 삼침법으로 측정한 나사의 유효지름이 d1 [mm]이고 나사의 피치 P[mm]일 때 삼침 접촉후 측정한 외측거리 M[mm]를 나타내는 식으로 옳은 것은? (단, 삼침의 지름은 d[mm]이다.)

  1. M=d1+3.16567d-0.96049P
  2. M=d1+3.16567d+0.96049P
  3. M=d1+3d-0.866025P
  4. M=d1+3d+0.866025P
(정답률: 42%)
  • 삼각함수를 이용하여 삼침법으로 측정한 나사의 유효지름과 외측거리 사이의 관계식은 다음과 같다.

    M = d₁ + 2d cosθ - P cosα

    여기서 θ는 삼침과 나사의 접점에서 나사의 피치에 대한 각도이고, α는 나사의 피치에 대한 각도이다.

    삼각함수를 이용하여 θ와 α를 구하면 다음과 같다.

    cosθ = (M - d₁) / 2d
    cosα = sqrt(3) / 2 - P / (2d sqrt(3))

    따라서 M을 d₁, d, P를 이용하여 표현하면 다음과 같다.

    M = d₁ + 2d cosθ - P cosα
    = d₁ + 2d (M - d₁) / 2d - P (sqrt(3) / 2 - P / (2d sqrt(3)))
    = d₁ + M - d₁ - sqrt(3)P / 2 + P² / (2d sqrt(3))
    = M - sqrt(3)P / 2 + P² / (2d sqrt(3))
    = M - 0.866025P + 0.288675P² / d

    여기서 0.288675은 sqrt(3) / 6이고, P² / (2d sqrt(3))을 0.096225P² / d로 근사할 수 있다.

    따라서 M을 d₁, d, P를 이용하여 근사적으로 표현하면 다음과 같다.

    M = d₁ + 3d - 0.866025P
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30. 다음 질화법에 관한 설명 중 틀린 것은?

  1. 경화층은 비교적 얇고, 경도는 침탄한 것보다 크다.
  2. 질화법의 효과를 높이기 위해 첨가되는 원소는 Al, Cr, Mo 등이 있다.
  3. 질화법의 기본적인 화학반응식은 2NH3→2N + 3H2이다.
  4. 질화법은 재료 중심까지 경화하는데 그 목적이 있다.
(정답률: 63%)
  • "질화법은 재료 중심까지 경화하는데 그 목적이 있다."라는 설명은 옳은 설명이다. 질화법은 재료의 표면부터 깊이 있는 부분까지 경화시켜 내구성과 강도를 높이는 목적으로 사용된다. 이는 재료의 내구성을 향상시키기 위한 것이며, 경화층은 비교적 얇고, 경도는 침탄한 것보다 크다는 것도 맞는 설명이다. 질화법의 효과를 높이기 위해 첨가되는 원소는 Al, Cr, Mo 등이 있으며, 질화법의 기본적인 화학반응식은 2NH3 → 2N + 3H2이다. 따라서, 정답은 없다.
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31. 축방향의 이송을 행하지 않는 플런지 컷 연삭(plunge cut gringing)이란 어떤 연삭 방법에 속하는가?

  1. 외경연삭
  2. 내면연삭
  3. 나사연삭
  4. 평면연삭
(정답률: 34%)
  • 축방향의 이송을 행하지 않는 플런지 컷 연삭은 외경연삭에 속한다. 외경연삭은 회전체의 외부를 연마하는 방법으로, 연삭 휠이 회전체의 외부를 따라 이동하면서 연마를 수행한다. 이에 반해 내면연삭은 회전체의 내부를 연마하는 방법이고, 나사연삭은 나사형태를 연마하는 방법이며, 평면연삭은 평면을 연마하는 방법이다.
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32. 다음 중 숫돌을 사용하여 가공하는 방법은?

  1. 버니싱(Burnishing)
  2. 슈퍼피니싱(Super-finishing)
  3. 방전 가공(Electric discharge machining)
  4. 초음파 가공(Ultra-sonic machining)
(정답률: 37%)
  • 슈퍼피니싱은 숫돌을 사용하여 원료의 표면을 매우 부드럽게 가공하는 방법이다. 이 방법은 고정밀도의 부품을 생산하는 데 매우 유용하며, 표면 마무리를 위해 사용된다. 다른 보기들은 각각 다른 가공 방법을 나타내며, 숫돌을 사용하지 않는다.
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33. 제품 가공을 위한 성형 다이를 주축에 장착하고, 소재의 판을 밀어 부친 후 회전시키면서 롤, 스틱으로 가압하여 성형하는 가공법은?

  1. 스피닝(spinning)
  2. 스탬핑(stamping)
  3. 코이닝(coining)
  4. 하이드로포밍(hydroforming)
(정답률: 62%)
  • 주축에 성형 다이를 장착하고 회전시키면서 가압하는 가공법을 일반적으로 스핀닝이라고 부릅니다. 따라서 "스피닝"이 정답입니다. 스탬핑은 판을 다이에 끼워서 가공하는 방법, 코이닝은 금속 시트를 압축하여 동전처럼 만드는 방법, 하이드로포밍은 압력을 가하여 금속 시트를 성형하는 방법입니다.
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34. 연삭 숫돌과 관련된 용어의 설명으로 틀린 것은?

  1. Loading : 칩과 마모된 입자가 경사면과 여유면 사이를 메우는 눈 메움 현상으로, 진동이 생기기 쉬우므로 다듬면이 나빠지고 숫돌의 마모가 촉진된다.
  2. Glazing : 입자가 무디어져 매끈한 상태가 되었을 때 가공된 면의 표면 거칠기가 좋아진다.
  3. Dressing : 숫돌표면의 입자, 결합제, 이물질 등을 탈락시켜 절삭작용을 원활하게 한다.
  4. truing : 숫돌의 연삭면을 숫돌 축에 대하여 평행 또는 일정한 형태로 성형 시켜 주는 방법이다.
(정답률: 28%)
  • Glazing : 입자가 무디어져 매끈한 상태가 되었을 때 가공된 면의 표면 거칠기가 좋아진다. 이 설명이 틀린 것은 아니다.

    - Loading : 칩과 마모된 입자가 경사면과 여유면 사이를 메우는 눈 메움 현상으로, 진동이 생기기 쉬우므로 다듬면이 나빠지고 숫돌의 마모가 촉진된다. (숫돌 표면에 입자나 이물질이 쌓이는 현상)
    - Dressing : 숫돌표면의 입자, 결합제, 이물질 등을 탈락시켜 절삭작용을 원활하게 한다. (숫돌 표면을 정비하는 작업)
    - Truing : 숫돌의 연삭면을 숫돌 축에 대하여 평행 또는 일정한 형태로 성형 시켜 주는 방법이다. (숫돌의 모양을 정비하는 작업)

    따라서, Glazing : 입자가 무디어져 매끈한 상태가 되었을 때 가공된 면의 표면 거칠기가 좋아진다. 이 설명은 올바르다.
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35. 측정기를 직접 측정기와 비교 측정기로 구분할 때 비교 측정기에 해당되는 것은?

  1. 마이크로미터
  2. 공기 마이크로미터
  3. 버니어캘리퍼스
  4. 측장기
(정답률: 79%)
  • 비교 측정기는 직접 측정기와 달리 측정 대상을 직접 측정하지 않고, 다른 측정기와 비교하여 값을 산출하는 측정기를 말합니다. 따라서 "마이크로미터", "버니어캘리퍼스", "측장기"는 직접 측정기에 해당하며, "공기 마이크로미터"는 다른 측정기와 비교하여 값을 산출하는 비교 측정기에 해당합니다. 공기 마이크로미터는 공기 중의 먼지나 입자 크기를 측정하는데 사용되며, 다른 측정기와 비교하여 값을 산출합니다.
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36. 비교 측정기를 사용할 때는 길이의 기중이 되는 표준게이지가 필요하다. 다음 중 표준게이지로 적절한 것은?

  1. 금속제 곧은자
  2. 마이크로미터
  3. 게이지블록
  4. 버니어캘리퍼스
(정답률: 67%)
  • 게이지블록은 정밀도가 높고 일정한 두께를 가지는 금속 블록으로, 비교 측정기에서 길이 측정 시 기준이 되는 표준게이지로 사용된다. 따라서 게이지블록이 적절한 선택이다.
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37. 인발 가공에 있어서 역장력(back tension)을 주는 이유로 틀린 것은?

  1. 인발 다이의 수명을 연장시킬 수 있다.
  2. 제품의 지름을 보다 정밀하게 인발할 수 있다.
  3. 다이의 온도 상승을 적게 할 수 있다.
  4. 인발력을 감소시킬 수 있다.
(정답률: 77%)
  • 역장력은 인발 가공 시 다이와 와이어 사이에 역방향으로 작용하는 힘이다. 이는 와이어가 다이를 빠져나가는 속도를 감소시켜 제품의 지름을 더 정밀하게 제어할 수 있게 한다. 또한 역장력은 다이의 마모를 줄여 인발 다이의 수명을 연장시키고, 다이의 온도 상승을 최소화하여 인발 공정의 안정성을 높인다. 따라서 "인발력을 감소시킬 수 있다"는 설명은 틀린 것이다.
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38. 선반에서 공작물의 절삭속도(V)를 구하는 공식은 (단, d:공작물의 지름(m), n:공작물의 회전수(rpm),v:절삭속도(m/min)라 한다.)(오류 신고가 접수된 문제입니다. 반드시 정답과 해설을 확인하시기 바랍니다.)

(정답률: 60%)
  • 공식에서 d와 n이 곱해지는 부분이 있으므로, d와 n이 모두 증가하면 v도 증가한다. 따라서 보기 중에서 d와 n이 모두 증가하는 "" 가 정답이다.
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39. 단식분할법을 이용하여 밀링가공으로 원을 중심각 씩 분할하고자 한다. 분할판 27구멍을 사용하면 가장 적합한 가공법은?

  1. 분할판 27구멍을 사용하여 17구멍씩 돌리면서 가공한다.
  2. 분할판 27구멍을 사용하여 20구멍씩 돌리면서 가공한다.
  3. 분할판 27구멍을 사용하여 12구멍씩 돌리면서 가공한다.
  4. 분할판 27구멍을 사용하여 8구멍씩 돌리면서 가공한다.
(정답률: 47%)
  • 단식분할법에서는 분할판의 구멍 수와 중심각을 이용하여 가공 방법을 결정한다. 이 문제에서는 분할판이 27구멍이고 중심각이 이므로, 27과 의 최대공약수를 구하면 9가 된다. 따라서 9구멍씩 돌리면서 가공하는 것이 가장 이상적이지만, 27구멍을 모두 사용해야 하므로 9의 배수인 18구멍씩 돌리는 것은 불가능하다. 따라서 17구멍씩 돌리면서 가공하는 것이 가장 적합한 방법이다.
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40. 가스용접에서 사용하는 용접용 가스의 종류가 아닌 것은?

  1. 수소
  2. LPG
  3. 아세틸렌
  4. 이산화탄소
(정답률: 63%)
  • 이산화탄소는 가스용접에서 사용되지 않는다. 이유는 이산화탄소는 산소와 반응하여 일산화탄소를 생성하고, 일산화탄소는 인체에 매우 위험한 독성을 가지기 때문이다. 따라서 가스용접에서는 안전상의 이유로 이산화탄소를 사용하지 않는다.
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3과목: 기계설계 및 기계재료

41. 단판 클러치의 마찰면의 안지름이 80mm이고 바깥지름을 120mm일때 1800rpm에서 전달할 수 있는 최대동력은 약 몇 kW인가? (단, 마찰면의 마찰계수는 0.3이고, 허용면압은 392.4kPa이다.)

  1. 3.56
  2. 6.97
  3. 9.84
  4. 12.86
(정답률: 20%)
  • 클러치의 전달할 수 있는 최대 동력은 다음과 같이 구할 수 있다.

    최대 동력 = 허용면압 × 마찰면적 × 마찰계수 × 회전수 × π / 30000

    마찰면적은 다음과 같이 구할 수 있다.

    마찰면적 = (바깥지름² - 안지름²) × π / 4

    따라서, 마찰면적은 (120² - 80²) × π / 4 = 6283.19mm² 이다.

    최대 동력 = 392.4 × 6283.19 × 0.3 × 1800 × π / 30000 = 6.97 kW

    따라서, 정답은 "6.97" 이다.
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42. 원판 모양의 밸브 디스크가 회전하면서 관을 개폐하여서 유량을 조절하며, 보통 교축밸브(throttle valve)로 사용되는 것은?

  1. 나비형 밸브
  2. 슬루스 밸브
  3. 스톱 밸브
  4. 콕
(정답률: 73%)
  • 원판 모양의 밸브 디스크가 회전하면서 관을 개폐하는데, 이 디스크가 나비의 날개 모양과 비슷하기 때문에 "나비형 밸브"라고 불린다. 이 밸브는 유량을 조절하는 교축밸브로서, 회전하는 디스크의 각도에 따라 유량을 조절할 수 있다. 디스크가 완전히 열리면 유량이 최대가 되고, 완전히 닫히면 유량이 차단된다. 따라서 나비형 밸브는 유량을 정밀하게 조절할 수 있어서 자주 사용된다.
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43. 그림과 같은 블록브레이크에서 드럼이 우회전할 때, 레버를 누르는 힘 F를 구하는 식은? (단, f는 브레이크의 제동력이고, μ는 블록 브레이크와 드럼 사이의 마찰계수이다.)

(정답률: 47%)
  • 드럼이 우회전할 때, 블록 브레이크와 드럼 사이의 마찰력이 드럼의 운동 방향과 반대 방향으로 작용하게 된다. 이 때, 드럼이 회전하는 각속도가 일정하다면, 드럼에 작용하는 마찰력의 크기는 정지 마찰력과 같아진다. 따라서, 드럼에 작용하는 마찰력은 μmg이다. 이 때, 드럼에 작용하는 제동력은 f이므로, 블록 브레이크와 드럼 사이의 마찰력과 제동력의 합이 드럼의 운동 방향과 반대 방향으로 작용하게 된다. 이를 고려하여 자유물체도형에서 드럼에 작용하는 힘의 합력을 구하면, F = f + μmg가 된다. 따라서, 정답은 ""이다.
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44. 다음 중 헬리컬 기어와 같이 레이디얼 하중과 동시에 상당히 큰 스러스트 하중이 작용하는 장치에 사용하기 적합한 베어링은?

  1. 단열 깊은 홈 볼베어링
  2. 복력 자동조심형 레이디얼 볼베어링
  3. 원통 롤러 베어링
  4. 테이퍼 롤러 베어링
(정답률: 69%)
  • 테이퍼 롤러 베어링은 레이디얼 하중과 스러스트 하중을 모두 견딜 수 있는 구조로 되어 있기 때문에 헬리컬 기어와 같이 레이디얼 하중과 동시에 상당히 큰 스러스트 하중이 작용하는 장치에 사용하기 적합합니다. 또한, 내부 구조가 원통형이 아닌 테이퍼 형태로 되어 있어 하중에 따라 베어링 내부의 접촉면적이 변화하여 하중 분산이 용이하며, 높은 회전 안정성과 내구성을 가지고 있습니다.
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45. 기본부하 용량이 18000N인 볼베어링이 베어링 하중 2000N을 받고 150rpm으로 회전할 때, 이 베어링의 b수명은 약 몇 시간인가?

  1. 9000시간
  2. 81000시간
  3. 168000시간
  4. 4860000시간
(정답률: 60%)
  • 볼베어링의 b수명은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    L10 수명 = (C/P)^3 x 10^6 x Lh

    여기서,
    C: 기본동정부하 (18000N)
    P: 베어링하중 (2000N)
    Lh: 수명 계산에 사용되는 회전수 (150rpm)

    따라서,
    L10 수명 = (18000/2000)^3 x 10^6 x (60 x 10^6 / 150)
    = 729 x 400
    = 291600 시간

    하지만, L10 수명은 90%의 베어링이 수명을 다하고 10%의 베어링이 아직 수명이 남아있는 상태를 의미한다. 따라서, 실제 수명은 L10 수명을 10으로 나눈 값인 29160 시간이 된다.

    따라서, 정답은 "81000시간"이 아니라 "29160시간"이다.
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46. 구동차의 지름이 300mm이고 600rpm의 회전수로 구동되는 외접 원통마찰차 접촉면 사이에 2000N의 힘으로 밀어붙이면 약 몇 kW의 동력을 전달할 수 있는가? (단, 접촉부의 마찰계수는 0.35이다.)

  1. 2.35
  2. 6.60
  3. 8.81
  4. 18.83
(정답률: 36%)
  • 먼저, 외접 원통마찰차의 접촉면에서 작용하는 마찰력을 구해야 한다. 마찰력은 접촉면에서의 수직력과 마찰계수의 곱으로 구할 수 있다. 여기서 수직력은 힘의 크기와 중력의 크기를 고려하여 구할 수 있다.

    중력은 물체의 무게와 같으므로, 구동차의 무게를 구해보자. 구동차의 질량은 알려져 있지 않으므로, 반지름이 150mm인 구동차의 부피와 밀도를 이용하여 구할 수 있다.

    구동차의 부피 = (4/3)πr^3 = (4/3)π(0.15m)^3 = 0.0141m^3
    구동차의 무게 = 부피 x 밀도 x 중력가속도 = 0.0141m^3 x 7850kg/m^3 x 9.81m/s^2 = 1092N

    따라서, 접촉면에서의 수직력은 1092N + 2000N = 3092N 이다.

    마찰력 = 접촉면에서의 수직력 x 마찰계수 = 3092N x 0.35 = 1082N

    마찰력과 구동차의 회전수를 이용하여 전달되는 동력을 구할 수 있다. 동력은 마찰력 x 회전수 x 2π 이므로,

    동력 = 1082N x 600rpm x 2π/60 = 678.6W = 0.6786kW

    따라서, 보기에서 정답이 "6.60" 인 이유는 계산 실수로 인한 오타일 가능성이 높다. 올바른 답은 0.6786kW 이다.
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47. 스팬= 1200mm, 폭 100mm, 판의 두께 10mm의 양단(兩端)지지 겹판스프링에서 중앙에 10.44kN의 집중하중이 작용할 때 스프링의 판은 최소 몇 장 이상이어야 하는가? [단, 재료의 허용 굽힘응력은 441.45MPa이고, 밴드의 폭 e=140mm이며, 유효스팬의 길이 ℓ1은 (ℓ1=ℓ-0.6e)로 한다.]

  1. 6장
  2. 5장
  3. 4장
  4. 3장
(정답률: 알수없음)
  • 스프링의 판이 굽힘응력을 견딜 수 있는 최대 하중은 다음과 같이 구할 수 있다.

    σb = Mmax / Wmin

    여기서 Mmax는 중앙에 작용하는 하중으로 인해 발생하는 최대 굽힘모멘트이고, Wmin은 스프링의 단면적 중 최소 균열면적이다.

    Mmax = (10.44kN) * ((1200mm)^2 / 8) = 94.08kN·mm
    Wmin = (100mm) * (10mm)^2 / 6 = 166.67mm^3

    따라서,

    σb = 94.08kN·mm / 166.67mm^3 = 564.48MPa

    허용 굽힘응력인 441.45MPa보다 크므로, 스프링의 판이 굽힘응력을 견딜 수 있는 최대 하중보다 작용하고 있는 하중이 크다는 것을 알 수 있다.

    이제, 스프링의 판이 굽힘응력을 견딜 수 있는 최대 하중을 넘지 않도록 하기 위해 필요한 판의 수를 구해보자.

    스프링의 유효스팬의 길이는 ℓ1=ℓ-0.6e=720mm이다. 이 길이에서 최대 하중을 견딜 수 있는 판의 수를 구하면,

    Mmax = (10.44kN) * ((720mm)^2 / 8) = 41.47kN·mm
    Wmin = (100mm) * (10mm)^2 / 6 = 166.67mm^3

    σb = 41.47kN·mm / 166.67mm^3 = 248.82MPa

    허용 굽힘응력인 441.45MPa보다 작으므로, 이 판의 수는 충분하다.

    따라서, 스프링의 판은 최소 4장 이상이어야 한다.
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48. 웜 기어 전동장치에서 웜 휠의 피치원 지름이 60mm, 웜의 리드가 4m일 때, 속도비 I=N2/N1의 값은 얼마인가? (단, N1: 웜의 회전속도(rpm), N2 : 웜 휠의 회전속도(rpm)이다.)

  1. 15
  2. 1/15
  3. 24
  4. 1/24
(정답률: 20%)
  • 속도비 I는 웜 기어의 기본식인 I = (피치원 지름)/(리드)로 구할 수 있다. 따라서 I = 60/4 = 15이다. 하지만 문제에서 요구하는 것은 N2/N1의 값이므로, I의 역수를 취해주면 된다. 따라서 정답은 1/15이다.
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49. 사각나사에서 효율(效率)이 최대로 되는 리드각 α는 다음 중 어느 것인가? (단, 마찰계수는 μ=tanρ이고, ρ는 마찰각이다.)

  1. α=45°-ρ/2
  2. α=45°+ρ/2
  3. α=45°-ρ
  4. α=45°+ρ
(정답률: 69%)
  • 사각나사에서 효율이 최대가 되려면 마찰력이 최소가 되어야 한다. 마찰력은 마찰각과 수직인 방향으로 작용하므로, 리드각이 마찰각의 절반인 경우 마찰력이 최소가 된다. 따라서 α=45°-ρ/2 이다.
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50. 동일재료로 제작된 중실축과 중공축이 있다. 중실축의 외경(d)=40mm이고, 중공축의 외경 내경 일 때, 이들 두 축의 비틀림 강도가 동일하기 위한 중공축의 외경은 약 몇 mm 인가?

  1. 32
  2. 42
  3. 52
  4. 62
(정답률: 9%)
  • 중실축과 중공축의 비틀림 강도는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

    T = (π/16)G(d⁴ - D⁴)/L

    여기서 T는 비틀림 토크, G는 전단 탄성 계수, d는 중실축의 외경, D는 중공축의 외경, L은 축의 길이이다.

    두 축의 비틀림 강도가 동일하다는 것은 T가 같다는 것이므로,

    (d⁴ - D⁴)/D = (d⁴ - d⁴')/d'

    여기서 d'는 중공축의 내경이다.

    이를 정리하면,

    D⁴/d⁴ - 1 = d⁴'/d⁴' - 1

    D⁴/d⁴ = d⁴'/d⁴

    D/d = (d'/d)⁰·⁴

    여기서 d=40mm이므로,

    D/d = (d'/40)⁰·⁴

    D = d'(40)⁰·⁴

    이 식에서 D가 정수가 되려면 d'는 42mm가 되어야 한다. 따라서 정답은 42이다.
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51. 저 망간강으로 항복점과 인장강도가 큰 것을 무엇이라 하는가?

  1. 하드필드강
  2. 쾌삭강
  3. 불변강
  4. 듀콜강
(정답률: 19%)
  • 듀콜강은 항복점과 인장강도가 높은 고강도 강종으로, 망간, 크롬, 모리브덴 등의 합금 원소를 함유하고 있어서 내식성과 내구성이 뛰어납니다. 따라서 망간강보다 더 높은 강도와 내식성이 필요한 곳에서 사용됩니다.
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52. 다음 중 KS 기호가 STD로 표기되는 강재는?

  1. 탄소공구강
  2. 초경공구강
  3. 다이스강
  4. 고속도강
(정답률: 50%)
  • KS 기호는 대한민국의 강재 표준을 나타내는 것이고, STD는 일반적인 구조용 강재를 의미합니다. 다이스강은 고강도, 고경도, 고내마모성을 가지고 있어 다이스, 금형 등의 공구 제작에 적합한 강재입니다. 따라서, 다이스강은 STD로 표기됩니다.
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53. 배빗메탈 이라고도 하는 베어링용 합금인 화이트메탈의 주요성분으로 옳은 것은?

  1. Pb-W-Sn
  2. Fe-Sn-Cu
  3. Sn-Sb-Cu
  4. Zn-Sn-Cr
(정답률: 40%)
  • 화이트메탈은 주로 베어링용 합금으로 사용되며, 주요 성분은 주로 주석(Sn), 안티모니(Sb), 구리(Cu)로 구성됩니다. 이 중에서도 Sn은 합금의 기본 성분으로 사용되며, Sb는 강도와 경도를 높이는 역할을 하고, Cu는 합금의 내식성을 향상시키는 역할을 합니다. 따라서, "Sn-Sb-Cu"가 화이트메탈의 주요 성분으로 옳은 것입니다.
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54. 탄소강에서 템퍼링(tempering)을 하는 주된 목적으로 가장 적합한 것은?

  1. 조직을 조대화하기 위해서 행한다.
  2. 편석을 없애기 위해서 행한다.
  3. 경도를 높이기 위해서 행한다.
  4. 스트레인(strain)을 감소시키기 위해서 행한다.
(정답률: 34%)
  • 탄소강은 경도가 높아서 가공이 어렵고, 가공 후에는 스트레인이 발생하기 쉽습니다. 따라서 템퍼링은 이러한 스트레인을 감소시키기 위해 주로 행합니다. 이로 인해 강의 내부 응력이 감소하고, 가공성이 향상됩니다.
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55. 하나의 액체에서 고체와 다른 종류의 액체를 동시에 형성하는 반응은?

  1. 초정반응
  2. 포정반응
  3. 공정반응
  4. 편정반응
(정답률: 54%)
  • 편정반응은 하나의 액체에서 고체와 다른 종류의 액체를 동시에 형성하는 반응입니다. 이 반응은 용액 중에 불용성 고체가 있을 때, 그 고체가 용액 중에 떨어져 나가면서 동시에 다른 종류의 액체가 생성되는 반응입니다. 이러한 반응은 용액의 농도나 온도 등의 조건에 따라서 반응 속도와 생성물의 양이 달라질 수 있습니다.
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56. 켈밋 합금(kelmet alloy)에 대한 사항 중 옳은 것은?

  1. Pb-Sn 합금, 저속 중하중용, 베어링합금
  2. Cu-Pb 합금, 고속 고하중용, 베어링합금
  3. Sn-Sb 합금, 인쇄용 활자합금
  4. Zn-Al-Cu 합금, 다이캐스팅용 합금
(정답률: 37%)
  • 켈밋 합금은 고속 고하중 용도로 사용되는 베어링 합금입니다. 이 합금은 주로 구동축 베어링, 연결봉 베어링, 밀폐형 베어링 등에 사용됩니다. Cu-Pb 합금은 내마모성과 내부식성이 우수하며, 고속 회전 시에도 안정적인 성능을 발휘합니다. 또한, 윤활유가 부족한 경우에도 자체적으로 윤활성을 가지고 있어서 윤활유의 사용을 줄일 수 있습니다. 따라서, 켈밋 합금은 고속 회전 및 고하중 용도로 적합한 베어링 합금입니다.
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57. 합금 주철에서 강한 탈산제인 동시에 흑면화를 촉진하며 주철의 성장을 저지하고 내마모성을 향상시키는 원소는?

  1. 니켈
  2. 티탄
  3. 몰리브덴
  4. 바나듐
(정답률: 알수없음)
  • 티탄은 합금 주철에서 강한 탈산제로 작용하여 주철 내의 탈산을 막아내고, 동시에 흑면화를 촉진하여 내마모성을 향상시키는 효과가 있습니다. 따라서 티탄은 합금 주철의 성능을 향상시키는 중요한 원소입니다.
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58. 선철의 파면 색깔이 백색을 나타낸 경우 함유된 탄소의 상태는?

  1. 대부분이 흑연상태로 존재
  2. 대부분이 산화탄소로 존재
  3. 탄소함유량이 0.02% 이하로 존재
  4. 대부분이 Fe3C 금속간 화합물로 존재
(정답률: 50%)
  • 선철의 파면 색깔이 백색을 나타내는 것은 탄소가 철과 금속간 화합물인 Fe3C로 결합하여 존재하기 때문입니다. 따라서 대부분이 Fe3C 금속간 화합물로 존재하는 것입니다.
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59. 심냉(sub-zero)처리의 목적을 바르게 설명한 것은?

  1. 자경강에 인성을 부여하기 위함
  2. 담금질 후 시효변형을 방지하기 위해 잔류오스테나이트를 마텐자이트 조직으로 얻기 위함
  3. 항온 담금질하여 베이나이트 조직을 얻기 위함
  4. 급열·급냉시 온도 이력현상을 관찰하기 위함
(정답률: 70%)
  • 심냉(sub-zero) 처리는 담금질 후 시효변형을 방지하기 위해 잔류오스테나이트를 마텐자이트 조직으로 얻기 위한 것입니다.
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60. 일반적으로 합금의 석출 경화와 관계가 없는 것은?

  1. 냉각 속도
  2. 석출 온도
  3. 과냉도
  4. 회복
(정답률: 42%)
  • 합금의 석출 경화는 석출 온도와 냉각 속도, 그리고 과냉도에 영향을 받습니다. 하지만 회복은 석출 경화와는 관계가 없습니다. 회복은 금속이 변형된 후 일정한 시간 동안 안정화되는 과정으로, 금속의 구조를 회복시켜 기계적 성질을 개선시키는 역할을 합니다. 따라서 회복은 합금의 석출 경화와는 관계가 없는 것입니다.
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4과목: 기구학 및 CAD

61. 곡면 모델링 시스템(surface modeling system)에서 곡면을 생성하기 위하여 주로 사용하는 방법과 가장 거리가 먼 것은?

  1. 곡면 상의 점들을 입력하여 보간 곡면을 생성
  2. 솔리드(solid)의 위상(topology) 정보를 사용하여 곡면을 생성
  3. 주어진 곡선을 직성이동 또는 회전이동하여 곡면을 생성
  4. 곡면 상의 곡선들을 그물 형태로 입력하여 보간 곡면을 생성
(정답률: 43%)
  • 정답: "솔리드(solid)의 위상(topology) 정보를 사용하여 곡면을 생성"

    솔리드 모델링 시스템에서는 객체의 형태를 나타내는 위상 정보를 사용하여 곡면을 생성합니다. 이는 객체의 내부와 외부를 구분하는 정보를 활용하여 곡면을 생성하므로, 보간 곡면을 생성하는 방법보다 더 정확하고 안정적인 결과를 얻을 수 있습니다. 따라서 솔리드 모델링 시스템에서는 이 방법이 가장 많이 사용됩니다.
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62. 구성되어 있는 곡면에서 곡면의 매개변수 u=0.5, v=0.7의 지정에 의해 얻어지는 도형 요소는?

  1. 점(point)
  2. 직선(line)
  3. 곡선(curve)
  4. 원(circle)
(정답률: 59%)
  • 곡면에서 매개변수 u=0.5, v=0.7의 지정에 의해 얻어지는 도형 요소는 점(point)입니다. 이는 매개변수 u와 v가 각각 곡면의 가로축과 세로축을 나타내며, u=0.5, v=0.7은 곡면에서 특정한 위치를 나타내기 때문입니다. 따라서 이 위치에서는 곡면 상에 점이 존재하게 됩니다.
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63. 경계표현법(B-Rep)에 의하여 표현되는 단순다면체를 구성하는 면 개수(F), 모서리 개수(E), 꼭지점 개수(V) 간의 관계는 오일러-포앙카레(Euler-Poincare) 공식으로 표현할 때 맞는 것은?

  1. 2F - E - V = 2
  2. F + E - V = 6
  3. F + 2E - 3V = 4
  4. F - E + V = 2
(정답률: 55%)
  • 정답은 "F - E + V = 2" 이다.

    이 공식은 다면체의 면, 모서리, 꼭지점의 개수를 이용하여 다면체의 형태를 특정하는 공식이다. 이 공식은 오일러-포앙카레 공식이라고도 불린다.

    이 공식은 다음과 같이 유도할 수 있다.

    우선, 다면체를 구성하는 면, 모서리, 꼭지점의 개수를 각각 F, E, V로 표현하자.

    다면체를 이루는 면은 각각 2개의 모서리를 가지므로, 모서리의 개수는 총 면의 개수에 2를 곱한 것과 같다. 즉, 2E = F.

    다면체를 이루는 모서리는 각각 2개의 면과 연결되므로, 모서리의 개수는 총 면의 개수와 꼭지점의 개수의 합에서 2를 뺀 것과 같다. 즉, E = F + V - 2.

    이 두 식을 결합하면, 2E = F = F + V - 2 이므로, V = 2이다.

    따라서, F - E + V = F - (F + V - 2) + 2 = 2 이다.
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64. CAD 시스템에서 곡선의 표현방식으로 유리식을 사용하는 경우 그 주된 이유는?

  1. 수식이 간단하다.
  2. 2차 곡선들의 통합된 표현으로 가능하다.
  3. 미분값을 구하기가 더 쉽다.
  4. 적분값을 구하기가 더 쉽다.
(정답률: 알수없음)
  • 유리식은 2차 곡선들의 통합된 표현으로 가능하기 때문에, 여러 개의 2차 곡선을 하나의 유리식으로 표현할 수 있습니다. 이는 CAD 시스템에서 곡선을 표현하고 조작하는 데 있어서 효율적이며, 수식이 간단해지기 때문에 미분값과 적분값을 구하기가 더 쉬워집니다.
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65. CAD의 그래픽 장치로써 래스터 그래픽(raster display)장치와 벡터 그래픽(vector display) 장치를 비교할 때 래스터 그래픽 장치의 장점이 될 수 있는 것은?

  1. 주사선이 도형의 형상을 따라 움직인다.
  2. 직선을 재그(jag)없이 항상 직선으로 쉽게 나타낼수 있다.
  3. 주사변환(scan conversion)이 필요하지 않다.
  4. 이미지의 복잡성에 관계없이 일정한 속도로 화면리프레쉬(refresh)가 가능하다.
(정답률: 39%)
  • 래스터 그래픽 장치는 이미지를 작은 점들로 분해하여 화면에 출력하는 방식이기 때문에, 이미지의 복잡성에 관계없이 일정한 속도로 화면리프레쉬가 가능합니다. 이는 주사선이 도형의 형상을 따라 움직이는 벡터 그래픽 장치와는 달리, 이미지를 출력하는 속도가 일정하기 때문입니다. 따라서 래스터 그래픽 장치는 대규모 이미지나 복잡한 그래픽을 처리하는 데 유리합니다.
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66. CAD 시스템간의 기하 데이터 교환 형식으로 볼수 없는 것은?

  1. IGES
  2. STEP
  3. DXF
  4. SGML
(정답률: 37%)
  • SGML은 CAD 시스템간의 기하 데이터 교환 형식이 아니라, 문서 마크업 언어의 일종이기 때문에 볼 수 없는 것이다. IGES, STEP, DXF는 모두 CAD 시스템간의 기하 데이터 교환 형식이다.
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67. 다음 조립체 모델링에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 조립체 모델링(assembly modeling)은 개별 부품들을 조립체 또는 부조립체로 묶을 수 있는 논리적 구조를 제공하며, 사용자는 부품간의 연결과 관련해서 형상 정보를 다시 입력해야만 한다.
  2. 일반적으로 조립체 설계 시스템은 부품을 위치시키고, 부품 사이의 관계를 정의하고, 관련 데이터를 조회할 수 있는 탐색기를 가지고 있다.
  3. 인스턴스(instance)는 볼트 등과 같이 많이 사용되는 부품을 하나의 모델만 저장해놓고 필요한 만큼 여러 곳에 개체를 만들어 위치시킴으로써 조립체를 상당히 단순화시킬 수 있게 한다.
  4. 응축(agglomeration)은 전체 조립체 혹은 부조립체를 단일 모델로 그룹화시켜 놓은 것으로 부품끼리 맞닿고 있는 내부의 형상은 사라지고 단지 외관의 상세부만 남게 된다.
(정답률: 50%)
  • 정답은 "사용자는 부품간의 연결과 관련해서 형상 정보를 다시 입력해야만 한다."이다. 이는 오히려 잘못된 설명이다. 조립체 모델링에서는 부품간의 연결과 관련된 형상 정보를 다시 입력할 필요 없이, 이미 만들어진 부품들을 묶어서 조립체로 만들 수 있다. 따라서 사용자는 부품들을 조립체로 묶는 작업만 하면 된다.
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68. 다음 중 일반적으로 2차원 좌표계에서 수행되는 기하학적 변환이 아닌 것은?

  1. 이동(translation)
  2. 축소확대(scaling)
  3. 회전(rotation)
  4. 평행투영(parallel projection)
(정답률: 50%)
  • 평행투영은 3차원 공간을 2차원으로 투영하는 것으로, 실제 세계의 모습을 왜곡시키지 않고 그대로 보여주는 것이 아니라, 일정한 방향으로 직선을 그어서 투영하는 것이기 때문에 일반적인 2차원 좌표계에서 수행되는 기하학적 변환이 아닙니다. 따라서 정답은 "평행투영(parallel projection)"입니다.
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69. 다음은 3차 B-spline 곡선과 3차 Bezier 곡선에 대한 설명이다. 올바른 것은?

  1. 두 곡선 모두 시작점과 끝점을 통과한다.
  2. 두 곡선 모두 다항함수를 기본 골격으로 하고 있다.
  3. B-spline 곡선이 조건이 더 많아 Bezier 곡선보다 조정점 수가 많다.
  4. m(m>1)개 곡선을 연결할 경우, 양 곡선의 조정점 수는 항상 같다.
(정답률: 22%)
  • 정답은 "두 곡선 모두 다항함수를 기본 골격으로 하고 있다." 이다.

    B-spline 곡선과 Bezier 곡선은 모두 다항함수를 기본 골격으로 하고 있다는 공통점이 있다. 이는 곡선을 구성하는 각 세그먼트가 다항식으로 표현될 수 있기 때문이다. 다만, B-spline 곡선은 조건이 더 많아 Bezier 곡선보다 조정점 수가 많을 수 있다는 차이점이 있다. 또한, m(m>1)개 곡선을 연결할 경우, 양 곡선의 조정점 수는 항상 같지 않을 수 있다.
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70. 다음 중 솔리드 모델에 관한 서술에 해당하지 않는 것은?

  1. 파라메트릭 모델링이 가능하다.
  2. 특징형상 모델링이 가능하다.
  3. 모든 서피스 모델은 솔리드 모델로 전환할 수 없다.
  4. 서피스 모델 정보 추출이 가능하다.
(정답률: 30%)
  • "모든 서피스 모델은 솔리드 모델로 전환할 수 없다." 이 서술은 옳지 않습니다. 일부 서피스 모델은 솔리드 모델로 전환할 수 있습니다. 그러나 모든 서피스 모델이 솔리드 모델로 전환 가능한 것은 아닙니다. 이는 서피스 모델링과 솔리드 모델링의 차이 때문입니다. 서피스 모델링은 표면을 기반으로 모델링하는 반면, 솔리드 모델링은 공간을 기반으로 모델링합니다. 따라서 서피스 모델링으로 만들어진 모델이 솔리드 모델로 전환이 불가능한 경우가 있습니다.
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71. 축간 거리를 가장 크게 할 수 있는 전달 장치는?

  1. 평 벨트
  2. V 벨트
  3. 롤러 체인
  4. 사일런트 체인
(정답률: 63%)
  • 평 벨트는 V 벨트나 롤러 체인에 비해 표면적이 넓어서 접촉면적이 크고, 그에 따라 힘이 분산되어 축간 거리를 더 크게 할 수 있습니다. 또한, 평 벨트는 진동이 적어서 소음이 적고 유지보수가 쉽습니다. 따라서, 축간 거리를 가장 크게 할 수 있는 전달 장치는 평 벨트입니다.
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72. 인벌류트 치형에서 압력각을 크게할 때 생기는 현상이 아닌 것은?

  1. 이의 강도가 향상된다.
  2. 물림율이 증대 된다.
  3. 언더컷을 일으키는 최소잇수가 감소한다.
  4. 미끄럼율이 작아진다.
(정답률: 알수없음)
  • 압력각이 커질수록 인벌류트 치형에서는 이의 강도가 향상되고, 언더컷을 일으키는 최소잇수가 감소하며, 미끄럼율이 작아지게 됩니다. 하지만 물림율은 압력각과는 직접적인 관련이 없습니다. 따라서 "물림율이 증대 된다."는 올바르지 않은 설명입니다.
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73. 교량이나 건축물의 구성체 처럼 서로 운동도 없고 일도 하지 않는 것은?

  1. 기계
  2. 기구
  3. 구조물
  4. 연장
(정답률: 알수없음)
  • 구조물은 정적인 요소로서, 서로 운동도 없고 일도 하지 않습니다. 이는 교량이나 건축물 등의 구성체에서도 마찬가지입니다. 따라서, "구조물"이 정답입니다.
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74. 다음 중 왕복 이중 슬라이더 기구의 대표적인 것으로 경사각 90˚ 로 만들어져 소형냉장고 등의 냉매 압축기로 쓰이는 것은?

  1. 진자 펌프(pendulum pump)
  2. 타원 컴퍼스(elliptic trammels)
  3. 스코치 요크(scotch yoke)
  4. 올덤 커플링(oldhams coupling)
(정답률: 57%)
  • 스코치 요크는 회전운동을 직선운동으로 변환하는 기구 중 하나로, 이중 슬라이더 기구의 대표적인 것입니다. 경사각 90˚로 만들어져 소형냉장고 등의 냉매 압축기에 쓰입니다.
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75. 마찰구동에서 두 축이 평행하지도 교차하지도 않으며 쌍곡선의 일부를 이용한 마찰차는?

  1. 원추차
  2. 원통차
  3. 스큐차
  4. 구면차
(정답률: 36%)
  • 마찰구동에서 두 축이 평행하지도 교차하지도 않으므로, 두 축 사이의 전달은 쌍곡선의 일부를 이용하여 이루어져야 합니다. 이러한 전달 방식을 구현한 차량 중에서 쌍곡선을 이용한 것이 스큐차입니다. 따라서 정답은 "스큐차"입니다.
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76. 평벨트 바로 걸기에서 두 벨트 풀리의 직경을 D1, D2 축간 길이를 C 라 하면 벨트 소요 길이 L을 구하는 식으로 맞는 것은? (단, D2 >D1 이며, 벨트는 두께를 무시하고 두 풀리에 걸었을 때 정지 및 회전 상태에서 처짐 없이 직선으로 걸려 있다고 가정한다.)

  1. L=(π/2)(D1+D2)+[(D2-D1)2/4C]+2C
  2. L=(π/2)(D1-D2)2+[(D2-D1)/4C]+2C
  3. L=(D1-D2)+[(D2+D1)2/4C]+C
  4. L=(D1-D2)2+[(D2-D1)/4C]+C
(정답률: 46%)
  • 평벨트 바로 걸기에서 벨트가 두 풀리에 걸쳐 직선으로 늘어선다는 가정하에 벨트의 소요길이 L은 다음과 같이 구할 수 있다.

    1. 두 풀리의 둘레길이를 구한다.
    - 첫 번째 풀리의 둘레길이: πD1
    - 두 번째 풀리의 둘레길이: πD2

    2. 두 풀리의 중심간 거리를 구한다.
    - 두 풀리의 중심간 거리: C

    3. 벨트가 두 풀리에 걸쳐 있는 길이를 구한다.
    - 두 풀리의 중심을 잇는 직선과 벨트가 이루는 각도를 θ라고 하면, θ = 2π(D2-D1)/2C = π(D2-D1)/C
    - 벨트가 두 풀리에 걸쳐 있는 길이: L = 2Csin(θ/2) = 2Csin(π(D2-D1)/2C)

    4. 식을 정리한다.
    - sin(πx) = 2sin(πx/2)cos(πx/2) 이므로, L = 2Csin(π(D2-D1)/2C) = 2C(2sin(π(D2-D1)/4C)cos(π(D2-D1)/4C))
    - cos(πx/2) = √((1+cos(πx))/2) 이므로, L = 2C(2sin(π(D2-D1)/4C)√((1+cos(π(D2-D1))/2)))
    - cos(πx) = -cos(πx) 이므로, L = 2C(2sin(π(D2-D1)/4C)√((1-cos(π(D2-D1)))/2))
    - cos(πx) = -1 이므로, L = 2C(2sin(π(D2-D1)/4C)√(2))
    - sin(π/2) = 1, cos(π/2) = 0 이므로, L = (π/2)(D1+D2)+[(D2-D1)2/4C]+2C

    따라서, 정답은 "L=(π/2)(D1+D2)+[(D2-D1)2/4C]+2C" 이다.
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77. 다음 그림에서 길이 60mm의 기소 가 점 A를 중심으로 회전할 때, 기소의 각속도 ω=10 rad/s이라면 점 B의 속도 VB는 몇 m/s인가?

  1. 0.3
  2. 0.6
  3. 3
  4. 6
(정답률: 50%)
  • 기소의 길이는 60mm이므로, 반지름은 30mm이다. 또한, 각속도 ω=10 rad/s이므로, 각도 변화율은 10 rad/s × 1s = 10 rad이다.

    따라서, 점 B의 속도 VB는 다음과 같이 구할 수 있다.

    VB = r × ω = 30mm × 10 rad/s = 300 mm/s = 0.3 m/s

    따라서, 정답은 "0.3"이다. "0.6"은 오답이다.
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78. 4절 크랭크 체인을 이용함으로써 작은 힘을 작용시켜 큰 힘을 내게 하는 것은?

  1. 크로스 슬라이더
  2. 배력 장치
  3. 쌍 레버 기구
  4. 래칫 휠
(정답률: 62%)
  • 크랭크 체인은 회전 운동을 전달하는데 사용되는데, 이때 크랭크 체인을 이용하여 작은 힘을 작용시켜 큰 힘을 내게 하는 것을 배력 장치라고 합니다. 배력 장치는 작은 힘을 큰 힘으로 변환하여 사용할 수 있도록 하는 장치로, 일반적으로 기계의 동력 전달 시스템에서 많이 사용됩니다.
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79. 캠 선도에서 변위곡선이 직선으로 나타날 때 캠은 어떤 운동을 하는가?

  1. 등가속도 운동
  2. 등속도 운동
  3. 요동 운동
  4. 단순 조화 운동
(정답률: 64%)
  • 캠 선도에서 변위곡선이 직선으로 나타날 때, 캠은 등속도 운동을 한다. 이는 캠의 회전속도가 일정하게 유지되며, 이에 따라 캠의 이동속도도 일정하게 유지되기 때문이다. 따라서 캠의 운동은 일정한 속도로 일정한 거리를 이동하는 등속도 운동이다.
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80. 다음 그림과 같은 기어열에서 속도비가 1/24일 때, 각 기어의 잇수로 적당한 것은?

  1. ZA=20, ZB=40, ZC=120, Z0=60
  2. ZA=20, ZB=80, ZC=20, Z0=120
  3. ZA=20, ZB=60, ZC=120, Z0=20
  4. ZA=20, ZB=70, ZC=60, Z0=120
(정답률: 63%)
  • 속도비가 1/24이므로, 첫 번째 기어의 회전수를 1로 놓으면 마지막 기어의 회전수는 24이다. 따라서, 마지막 기어의 잇수는 120이어야 한다. 또한, 각 기어의 회전수는 이전 기어의 회전수에 속도비를 곱한 값이므로, 각 기어의 잇수는 이전 기어의 잇수에 속도비의 역수를 곱한 값이다. 따라서, 두 번째 기어의 잇수는 20, 세 번째 기어의 잇수는 80, 첫 번째 기어의 잇수는 20이어야 한다. 따라서, 정답은 "ZA=20, ZB=80, ZC=20, Z0=120"이다.
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