9급 지방직 공무원 기계설계 필기 기출문제복원 (2009-05-23)

9급 지방직 공무원 기계설계
(2009-05-23 기출문제)

목록

1. 다음 중 기계재료 특성에 관련된 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 양진 형태로 반복되는 응력의 진폭이 극한강도 이하인 경우 이 응력이 무한히 반복되어도 파괴에 이르지 않는다.
  2. 취성재료는 비교적 작은 변형률 상태에서 파괴되는 경향이 있으며 고강도 및 저인성의 특성을 가진다.
  3. 최대전단 응력설, 전단변형 에너지설 등은 복합적 응력상태에서 재료의 손상을 예측하게 해주는 식들이다.
  4. 단면이 급격히 변화하는 노치(notch) 부위에서 힘의 흐름이 급격히 변화하고 국부적인 큰 응력이 발생하는 현상을 응력집중이라고 한다.
(정답률: 86%)
  • 취성재료는 비교적 작은 변형률 상태에서 파괴되는 경향이 있으며 고강도 및 저인성의 특성을 가진다. - 기계재료 특성과 관련된 설명이 맞는 것이다.

    양진 형태로 반복되는 응력의 진폭이 극한강도 이하인 경우 이 응력이 무한히 반복되어도 파괴에 이르지 않는다. - 이유는 기계적으로 파괴되는 재료의 경우, 응력이 일정 이상 이상으로 증가하면 재료 내부의 결함이나 피로균열 등이 발생하여 파괴가 일어나게 된다. 하지만 응력이 일정 이하로 유지되면 결함이나 균열이 발생하지 않으므로 파괴가 일어나지 않는 것이다.

    최대전단 응력설, 전단변형 에너지설 등은 복합적 응력상태에서 재료의 손상을 예측하게 해주는 식들이다. - 기계재료 특성과 관련된 설명이 아니다.

    단면이 급격히 변화하는 노치(notch) 부위에서 힘의 흐름이 급격히 변화하고 국부적인 큰 응력이 발생하는 현상을 응력집중이라고 한다. - 기계재료 특성과 관련된 설명이 아니다.
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2. 한줄 겹치기 리벳이음에서 판의 압축에 의해 판이 압축파괴 되는 경우 리벳이음 강도 P는? (단, 리벳의 지름은 d , 리벳의 피치는 p , 강판의 두께는 t , 강판의 압축응력은 σc이다)

  1. P=2 dtσc
  2. P=dtσc
  3. P=(p-d)tσc
  4. P=2(p-d)tσc
(정답률: 83%)
  • 압축에 의해 강판이 파괴되는 경우, 리벳이음은 끊어지지 않고 강판이 파괴되므로, 리벳이음의 강도는 강판의 압축응력과 같아야 합니다. 따라서, 리벳이음 강도 P는 다음과 같이 계산됩니다.

    리벳이음에 작용하는 힘 F는 다음과 같습니다.

    F = σc * t * d

    리벳이음의 면적은 다음과 같습니다.

    A = π * (d/2)^2 = π * d^2 / 4

    따라서, 리벳이음의 강도 P는 다음과 같습니다.

    P = F / A = (σc * t * d) / (π * d^2 / 4) = 4σc * t / d = dtσc

    따라서, 정답은 "P=dtσc" 입니다.
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3. 다음과 같이 4줄 리벳이음이 하중(P)을 받을 때 리벳에 작용하는 하중에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 각각의 리벳에 P/4의 하중이 작용한다.
  2. 리벳 ㉡에 가장 큰 하중이 작용한다.
  3. 리벳 ㉣에 가장 큰 하중이 작용한다.
  4. 리벳 ㉠에 가장 큰 하중이 작용한다.
(정답률: 76%)
  • 각각의 리벳에는 수직방향으로 P/4의 하중이 작용하게 되며, 이는 리벳 ㉠, ㉡, ㉢, ㉣ 모두에 해당합니다. 하지만 리벳 ㉠은 다른 리벳들과 달리 수평방향으로도 하중을 받게 되므로, 리벳 ㉠에는 가장 큰 하중이 작용하게 됩니다. 따라서 정답은 "리벳 ㉠에 가장 큰 하중이 작용한다." 입니다.
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4. 기계장치를 볼트로 고정시킬 경우 풀림방지의 방법으로 적절하지 않은 것은?

  1. 스프링와셔를 이용한다.
  2. 나사의 피치를 크게한다.
  3. lock nut를 이용한다.
  4. 톱니붙이 와셔를 이용한다.
(정답률: 91%)
  • 나사의 피치를 크게하는 것은 오히려 풀림을 유발할 수 있습니다. 피치가 크면 한 번 돌릴 때 나사가 이동하는 거리가 적어지기 때문에, 같은 힘으로 돌렸을 때 나사가 덜 조여지게 됩니다. 따라서 풀림 방지를 위해서는 나사의 피치를 작게하는 것이 좋습니다.
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5. 두 물체의 체결용으로 사용되고 있는 볼트가 받고 있는 하중으로 옳은 것은?

  1. 인장하중, 굽힘하중
  2. 인장하중, 비틀림하중
  3. 비틀림하중, 압축하중
  4. 압축하중, 굽힘하중
(정답률: 76%)
  • 볼트는 두 물체를 체결하는 역할을 하기 때문에 인장하중을 받게 됩니다. 또한, 두 물체가 회전하거나 비틀리는 경우에도 볼트는 비틀림하중을 받게 됩니다. 따라서 정답은 "인장하중, 비틀림하중"입니다.
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6. 치수 공차가 50h6과 50h5로 주어졌을 때 이에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 구멍기준 치수 50mm에서 h6공차가 h5공차보다 더 크다.
  2. 구멍기준 치수 50mm에서 h5공차가 h6공차보다 더 크다.
  3. 축기준 치수 50 mm에서 h5공차가 h6공차보다 더 크다.
  4. 축기준 치수 50 mm에서 h6공차가 h5공차보다 더 크다.
(정답률: 82%)
  • 정답은 "축기준 치수 50 mm에서 h6공차가 h5공차보다 더 크다."입니다.

    축기준 치수는 원통형 부품의 직경이나 길이와 같이 축을 기준으로 하는 치수를 말합니다. 따라서 이 문제에서는 축기준 치수 50mm에서 h6공차와 h5공차를 비교해야 합니다.

    h6공차는 기본치 50mm에서 최대치 50.009mm, 최소치 49.991mm까지 허용되는 범위를 말합니다. 반면 h5공차는 기본치 50mm에서 최대치 50.005mm, 최소치 49.995mm까지 허용되는 범위를 말합니다.

    즉, h6공차는 h5공차보다 더 큰 범위를 허용하므로 축기준 치수 50mm에서 h6공차가 h5공차보다 더 크다는 것이 옳은 설명입니다.
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7. 다음 중 공칭응력-공칭변형률 곡선으로부터 알 수 있는 사항들로 옳지 않은 것은?

  1. 이 재료가 파단에 이르기까지 소요되는 변형에너지를 알 수 있다.
  2. 비례한도 구간에서의 기울기로부터 탄성계수와 푸와송비(Poisson's ratio)를 알 수 있다.
  3. 네킹(necking)이 일어나기 시작하는 변형률, 즉, 불안정시작점을 알 수 있다.
  4. 이 재료의 극한인장강도(UTS)를 알 수 있다.
(정답률: 70%)
  • "이 재료의 극한인장강도(UTS)를 알 수 있다."는 공칭응력-공칭변형률 곡선으로부터 알 수 있는 사항이 아닙니다.

    비례한도 구간에서의 기울기로부터 탄성계수와 푸와송비(Poisson's ratio)를 알 수 있는 이유는, 탄성계수는 응력과 변형률의 비례상수이며, 푸와송비는 재료의 축소율과 늘어남의 비율을 나타내는 상수이기 때문입니다. 따라서 비례한도 구간에서의 기울기를 구하면 이러한 물성값들을 계산할 수 있습니다.
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8. 안전계수(factor of safety)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 재료의 기준강도와 허용응력의 비를 나타낸다.
  2. 가해지는 하중과 응력의 종류 및 성질을 고려한다.
  3. 정확한 응력 계산이 요구된다.
  4. 수명은 고려하지 않는다.
(정답률: 92%)
  • 안전계수는 재료의 기준강도와 허용응력의 비를 나타내며, 가해지는 하중과 응력의 종류 및 성질을 고려하여 정확한 응력 계산이 요구된다. 그러나 안전계수는 재료의 수명을 고려하지 않는다. 즉, 안전계수는 단순히 재료가 파괴되기 전에 얼마나 안전하게 사용될 수 있는지를 나타내는 지표일 뿐이며, 재료의 수명과는 직접적인 연관성이 없다. 따라서 안전계수를 적용할 때에는 재료의 수명을 고려하여 추가적인 검토가 필요하다.
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9. 지름이 100 cm인 원통관 내부에 p=10 kgf/cm2의 압력이 작용할 때, 강판의 최소 두께[cm]는? (단, 강판의 허용인장응력=5,000 kgf/cm2 , 안전율=5, 이음효율=100%, 부식여유=2 mm이다)

  1. 0.5
  2. 0.6
  3. 0.7
  4. 0.8
(정답률: 55%)
  • 압력이 작용하는 원통관 내부에서 강판은 인장응력을 받게 됩니다. 이 때, 강판의 최소 두께는 인장응력이 허용인장응력을 초과하지 않도록 하는 것이 중요합니다.

    인장응력은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    인장응력 = 내부압력 × 반지름 / 두께

    여기서 반지름은 원통관의 지름의 절반인 50cm이고, 내부압력은 10kgf/cm^2입니다.

    따라서, 인장응력 = 10 × 50 / 두께 = 500 / 두께 (단위: kgf/cm^2)

    허용인장응력은 5,000kgf/cm^2이므로,

    500 / 두께 ≤ 5,000 / 안전율

    500 / 두께 ≤ 1,000

    두께 ≥ 0.5

    여기서 안전율 5는 인장응력이 허용인장응력의 1/5 이하여야 한다는 것을 의미합니다.

    하지만, 이 문제에서는 부식여유 2mm가 주어졌으므로, 강판의 최소두께에 2mm를 더해줘야 합니다.

    따라서, 최소두께 = 0.5 + 0.2 = 0.7 (단위: cm)

    따라서, 정답은 "0.7"입니다.
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10. 벨트 전동에서 풀리의 접촉면 중앙을 곡면으로 하는 이유로 옳은 것은?

  1. 제작시 변형을 방지하기 위하여
  2. 응력의 분포를 고르게 하기 위하여
  3. 벨트가 잘 벗겨지지 않게 하기 위하여
  4. 벨트의 접촉면을 늘리기 위하여
(정답률: 85%)
  • 벨트 전동에서 풀리의 접촉면 중앙을 곡면으로 하는 이유는 벨트가 잘 벗겨지지 않게 하기 위해서입니다. 곡면으로 만들어진 접촉면은 벨트와 풀리 사이의 마찰력을 높여서 벨트가 풀리에서 미끄러지는 것을 방지합니다. 이는 전동 시스템의 안정성과 효율성을 높이는데 도움을 줍니다.
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11. 동력이 HKW로 주어지고 N [rpm]으로 회전하는 축의 전달 토오크식으로 옳은 것은?

  1. T=974,000 × (HKW/N) [kgfㆍmm]
  2. T=97,400 × (HKW/N) [kgfㆍmm]
  3. T=7,162,000 × (HKW/N) [kgfㆍmm]
  4. T=716,000 × (HKW/N) [kgfㆍmm]
(정답률: 79%)
  • 전달 토오크는 회전하는 축에 작용하는 힘의 크기를 나타내는 값이며, 단위는 kgfㆍmm이다. 이 때, 동력 HKW는 kW 단위로 주어지고, 회전 속도 N은 rpm 단위로 주어진다. 따라서 전달 토오크 T는 HKW와 N의 비례식으로 나타낼 수 있다. 이 때, 비례 상수는 974,000이다. 따라서 옳은 식은 "T=974,000 × (HKW/N) [kgfㆍmm]"이다.
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12. 절단기의 전동모터를 설계할 때 모터의 동력 용량을 최소화하기 위해 요구되는 기계 요소는?

  1. 플라이 휠
  2. 체인
  3. 기어
  4. 클러치
(정답률: 82%)
  • 절단기의 전동모터를 설계할 때 모터의 동력 용량을 최소화하기 위해서는 모터가 일정한 속도로 회전하면서도 절단 작업 시 발생하는 부하나 저항을 극복할 수 있는 에너지를 저장하고 제공할 수 있는 기계 요소가 필요합니다. 이를 위해 플라이 휠이 사용됩니다. 플라이 휠은 회전 운동을 가하는 동시에 회전 운동이 멈출 때까지 에너지를 저장할 수 있는 기능을 가지고 있어, 모터가 일정한 속도로 회전하면서도 절단 작업 시 발생하는 부하나 저항을 극복할 수 있는 에너지를 제공할 수 있습니다. 따라서 플라이 휠은 모터의 동력 용량을 최소화하면서도 안정적인 작동을 가능하게 하는 중요한 기계 요소입니다.
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13. 회전축의 진동을 고려한 설계의 특징으로 옳지 않은 것은?

  1. 축의 강성을 증가시키기 위해서는 처짐진동과 비틀림진동을 주로 고려하여야 한다.
  2. 축의 변형에 의한 진동의 고유진동수와 축의 회전속도가 일치하지 않도록 하여야 한다.
  3. 회전축의 회전속도는 위험속도에서 25%이상 벗어나야 한다.
  4. 신축에 의한 세로진동(longitudinal vibration)을 주로 고려하여 설계한다.
(정답률: 66%)
  • "축의 강성을 증가시키기 위해서는 처짐진동과 비틀림진동을 주로 고려하여야 한다."는 회전축의 진동을 고려한 설계의 특징 중 하나이지만, 옳지 않은 것은 아닙니다. 따라서 정답은 "없음"입니다.

    "신축에 의한 세로진동(longitudinal vibration)을 주로 고려하여 설계한다."는 회전축의 진동을 고려한 설계의 특징 중 하나입니다. 이는 회전축의 길이 방향으로 발생하는 진동으로, 축의 길이 방향에 따라 발생하는 고유진동수가 있기 때문에 이를 고려하여 설계해야 합니다.
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14. 평 벨트와 비교할 때 V벨트의 특징으로 옳지 않은 것은?

  1. 고속운전이 가능하다.
  2. 운전이 정숙하다.
  3. 속도비가 작다.
  4. 전동효율이 크다.
(정답률: 89%)
  • V벨트는 평 벨트보다 고속운전이 가능하고 운전이 정숙하며 전동효율이 크다는 특징이 있습니다. 하지만 V벨트는 평 벨트에 비해 속도비가 작습니다. 이는 V벨트가 평 벨트보다 더 많은 힘을 전달할 수 있기 때문에 발생하는 현상입니다. 따라서 V벨트는 속도가 높은 기계나 장비에 적합하며, 속도비가 큰 경우에는 평 벨트를 사용하는 것이 더 적합합니다.
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15. 리벳이음과 비교할 때 용접이음의 장점으로 옳은 것은?

  1. 진동을 쉽게 감쇠시킨다.
  2. 용접부의 비파괴 검사가 용이하다.
  3. 이음효율이 높다.
  4. 변형하기 쉽고 잔류응력을 남기지 않는다.
(정답률: 93%)
  • 용접이음은 두 부품을 용접하여 하나의 부품으로 만들기 때문에 이음효율이 높습니다. 이는 리벳이음과 비교할 때 더 효율적인 연결 방법이 됩니다.
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16. 베어링에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 구름베어링의 기본부하 용량은 33.3 rpm으로서 500시간의 수명을 유지할 수 있는 하중을 말한다.
  2. 구름베어링의 정격수명은 동일조건에서 베어링 그룹의 90%가 피로박리현상을 일으키지 않고 회전하는 총회전수를 말한다.
  3. 미끄럼 베어링은 소음 및 진동 발생의 면에서 구름베어링보다 우수하다.
  4. 구름베어링은 하중, 속도 등에 의한 영향이 적고 미끄럼베어링보다 충격면에서 우수하다.
(정답률: 71%)
  • "구름베어링의 기본부하 용량은 33.3 rpm으로서 500시간의 수명을 유지할 수 있는 하중을 말한다."는 옳은 설명입니다. 따라서 정답은 "구름베어링은 하중, 속도 등에 의한 영향이 적고 미끄럼베어링보다 충격면에서 우수하다."입니다. 구름베어링은 미끄럼베어링보다는 하중, 속도 등에 민감하며 충격에 대한 내구성이 떨어지기 때문입니다.
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17. 묻힘키에서 전달 토크를 T, 키의 높이를 h, 키의 폭을 b, 키의 길이를 l, 축의 직경을 d라고 할 때, 키에 발생하는 전단응력 τ는?

(정답률: 89%)
  • 전달 토크 T는 T = Fd로 표현할 수 있습니다. 여기서 F는 힘, d는 축의 직경입니다.

    전단응력 τ는 τ = T/((b*l)*h)로 표현할 수 있습니다. 여기서 b*l은 단면적이며, h는 높이입니다.

    따라서 τ = (Fd)/((b*l)*h) = (F/(b*l))*(d/h)입니다.

    보기에서 ""는 (F/(b*l))*(d/h)로 표현된 식입니다. 따라서 이것이 정답입니다.
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18. 축에 비틀림 모멘트 3 [kNㆍm]과 굽힘 모멘트 4 [kNㆍm]가 동시에 작용할 때 상당(equivalent) 비틀림 모멘트와 상당 굽힘모멘트의 합[kNㆍm]은?

  1. 8
  2. 9.5
  3. 12
  4. 13.5
(정답률: 80%)
  • 상당 비틀림 모멘트는 비틀림 모멘트와 굽힘 모멘트가 동시에 작용할 때, 실제로 작용하는 비틀림 모멘트를 대체하는 모멘트입니다.

    상당 비틀림 모멘트 = 비틀림 모멘트 + (굽힘 모멘트 / 2)

    따라서, 상당 비틀림 모멘트 = 3 + (4 / 2) = 5 [kNㆍm]

    상당 굽힘 모멘트는 굽힘 모멘트와 비틀림 모멘트가 동시에 작용할 때, 실제로 작용하는 굽힘 모멘트를 대체하는 모멘트입니다.

    상당 굽힘 모멘트 = 굽힘 모멘트 + (비틀림 모멘트 / 2)

    따라서, 상당 굽힘 모멘트 = 4 + (3 / 2) = 5.5 [kNㆍm]

    상당 비틀림 모멘트와 상당 굽힘 모멘트의 합 = 5 + 5.5 = 10.5 [kNㆍm]

    하지만, 문제에서는 보기에 있는 답 중에서 가장 근접한 값을 찾으라고 하였으므로, 10.5와 가장 가까운 값인 9.5가 정답입니다.
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19. 축방향과 축에 직각인 하중을 동시에 지지하는 베어링은?

  1. 레이디얼 베어링
  2. 테이퍼 베어링
  3. 피봇 베어링
  4. 트러스트 베어링
(정답률: 74%)
  • 테이퍼 베어링은 축방향 하중과 축에 직각인 하중을 모두 지원할 수 있는 베어링입니다. 이는 베어링의 내부 구조가 원통형이 아닌 원뿔형으로 되어 있어, 하중이 가해질 때 베어링의 경사면이 하중을 받아들이고 분산시키기 때문입니다. 따라서 테이퍼 베어링은 대부분의 기계에서 다양한 하중을 지원하기 위해 사용됩니다.
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20. 베어링메탈의 구비조건으로 옳지 않은 것은?

  1. 마찰 및 마멸이 작아야 한다.
  2. 축재질 보다 면압강도가 작고 연성이 낮아야 한다.
  3. 열전도율이 높아야 한다.
  4. 하중에 견딜 수 있도록 충분한 강도와 강성을 가져야 한다.
(정답률: 75%)
  • "축재질 보다 면압강도가 작고 연성이 낮아야 한다."는 옳지 않은 구비조건입니다. 이는 베어링메탈이 축재질보다 더 높은 하중을 견딜 수 있도록 충분한 강도와 강성을 가져야 한다는 것과 반대되는 내용입니다. 따라서, 베어링메탈은 충분한 강도와 강성을 가지면서도 마찰 및 마멸이 작고 열전도율이 높아야 합니다.
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