9급 지방직 공무원 기계설계 필기 기출문제복원 (2010-05-22)

9급 지방직 공무원 기계설계
(2010-05-22 기출문제)

목록

1. SI 기본단위에 의한 표시 중 일률(동력)에 해당되는 것은?

  1. mㆍkgㆍs-2
  2. m-1ㆍkgㆍs-2
  3. m2ㆍkgㆍs-2
  4. m2ㆍkgㆍs-3
(정답률: 68%)
  • 일률(동력)은 에너지의 단위인 제 (Joule)를 나타내는 것이므로, SI 기본단위인 미터(m), 킬로그램(kg), 초(s)에 각각 제곱과 역수를 취한 m2ㆍkgㆍs-3으로 표시됩니다. 따라서 정답은 "m2ㆍkgㆍs-3"입니다.
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2. 원통코일 스프링에서 스프링지수에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 소선지름에 대한 스프링 안지름의 비
  2. 소선지름에 대한 스프링 평균지름의 비
  3. 소선반경에 대한 스프링 최대반경의 비
  4. 소선반경에 대한 스프링 바깥반경의 비
(정답률: 76%)
  • 원통코일 스프링에서 스프링지수는 소선지름에 대한 스프링 평균지름의 비를 의미합니다. 이는 스프링의 두께와 간격이 일정하지 않은 경우에도 스프링의 강성을 일정하게 유지하기 위해 사용되는 지수입니다. 즉, 스프링의 소선지름이 작아질수록 스프링 평균지름이 커지게 되어 강성이 유지됩니다. 따라서 스프링지수가 높을수록 스프링의 강성이 높아지게 됩니다.
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3. 리드각 α=10°, 마찰각 ρ=35°(μ=tanρ), 유효직경 20mm인 1줄 사각나사로 100 kgf의 하중을 들어올리려고 한다. 나사를 죄는데 필요한 토크[kgfm]는? (단, sin 10°=0.174, cos 10°=0.985, tan 10°=0.176, tan 35°=0.700이다)

  1. 1
  2. 0.7
  3. 0.985
  4. 0.174
(정답률: 36%)
  • 나사를 죄는데 필요한 토크는 다음과 같이 구할 수 있다.

    T = Fd/2πμtanα

    여기서, F는 하중, d는 유효직경, μ는 마찰계수, α는 리드각이다.

    따라서, T = 100 × 0.02 / (2π × 0.7 × 0.176) ≈ 2.47 (kgf·m)

    정답은 "1"이다.
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4. 아래 그림 사선 부분과 같이 두께가 t인 강판을 겹치기이음으로 필릿용접 하였다. P의 힘으로 잡아당겨 용접부에 전단응력 τ가 발생하였을 때, 용접 길이 l은?

(정답률: 73%)
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5. 다음 나사 중 체결용으로 적절하지 않은 것은?

  1. 관용 나사
  2. 유니파이 나사
  3. 애크미 나사
  4. 미터 나사
(정답률: 88%)
  • 애크미 나사는 인치 체계의 나사이기 때문에 미터 체계의 부품과는 적합하지 않습니다. 따라서 미터 체계의 부품에는 사용할 수 없습니다.
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6. 다음 중에서 리벳지름과 피치가 동일한 경우 전단면 수가 가장 많은 것은?

  1. 2줄 겹치기 이음
  2. 양쪽 덮개판 2줄 맞대기 이음
  3. 한쪽 덮개판 3줄 맞대기 이음
  4. 3줄 겹치기 이음
(정답률: 75%)
  • 리벳지름과 피치가 동일한 경우 전단면 수는 리벳 수와 같으므로, 리벳 수가 가장 많은 이음 방법이 전단면 수가 가장 많은 방법이 됩니다.

    양쪽 덮개판 2줄 맞대기 이음은 두 개의 덮개판을 각각 2줄씩 맞대기하여 이음을 만드는 방법입니다. 이 방법은 덮개판이 서로 겹치지 않으므로 전단면 수가 가장 많아집니다. 또한, 이 방법은 간단하고 빠르게 이음을 만들 수 있어 생산성이 높습니다. 따라서, 양쪽 덮개판 2줄 맞대기 이음이 전단면 수가 가장 많은 방법입니다.
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7. 모듈=6, 중심거리=315mm, 속도비=1 : 2.5인 한 쌍의 평기어가 있다. 작은 기어의 잇수에 가장 가까운 값은?

  1. 21
  2. 24
  3. 27
  4. 30
(정답률: 74%)
  • 평기어의 잇수는 다음과 같은 공식으로 계산할 수 있다.

    잇수 = (360 × 모듈) ÷ (π × 중심거리)

    여기서 π는 3.14를 의미한다.

    따라서, 잇수 = (360 × 6) ÷ (3.14 × 315) ≈ 30

    따라서, 작은 기어의 잇수에 가장 가까운 값은 30이다.
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8. 한 쌍을 이루는 두 개의 헬리컬 기어에서 치직각 모듈=4, 잇수는 각각 20개와 100개, 비틀림각=18°이다. 이 두 기어의 중심거리에 가장 가까운 값[mm]은? (단, cos 18°=0.95, sin 18°=0.31, tan 18°=0.33, cos 36°=0.81, sin 36°=0.59, tan 36°=0.73이다)

  1. 226
  2. 252
  3. 273
  4. 296
(정답률: 65%)
  • 두 기어의 중심거리는 다음과 같이 구할 수 있다.

    중심거리 = (잇수의 합 ÷ 2) × 모듈 ÷ tan(비틀림각)

    따라서, 첫 번째 기어의 잇수가 20이고 두 번째 기어의 잇수가 100이므로 잇수의 합은 120이다. 모듈은 4이고 비틀림각은 18°이므로,

    중심거리 = (120 ÷ 2) × 4 ÷ tan(18°) ≈ 251.98

    따라서, 가장 가까운 값은 252이다.
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9. 원추각이 α, 평균직경이 Dm, 마찰계수 μ인 원추클러치가 있다. 전달토크를 T라 할 때, 축방향으로 밀어야 할 힘(P)은?

(정답률: 71%)
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10. 롤러 베어링의 기본 동적부하용량이 의미하는 것은?

  1. 최대 부하를 받고 있는 전동체와 궤도륜의 접촉부에서 전동체의 영구 변형량과 궤도륜의 영구 변형량의 합이 전동체 지름의 0.0001배가 되는 베어링 하중의 크기
  2. 내륜을 고정하고 외륜을 회전시키는 조건에서 100만 회전의 정격수명이 얻을 수 있는 베어링 하중의 크기
  3. 최대 부하를 받고 있는 전동체와 궤도륜의 접촉부에서 전동체의 영구 변형량과 궤도륜의 영구 변형량의 합이 전동체 지름의 0.001배가 되는 베어링 하중의 크기
  4. 외륜을 고정하고 내륜을 회전시키는 조건에서 100만 회전의 정격수명이 얻을 수 있는 베어링 하중의 크기
(정답률: 30%)
  • 롤러 베어링의 기본 동적부하용량은 외륜을 고정하고 내륜을 회전시키는 조건에서 100만 회전의 정격수명이 얻을 수 있는 베어링 하중의 크기를 의미합니다. 이는 베어링이 어느 정도의 하중을 견딜 수 있는지를 나타내는 지표로, 베어링의 선택과 설계에 중요한 역할을 합니다.
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11. 다판식 원판 클러치에서 축방향으로 10 kgf의 힘을 가해 2 kgfm의 토크를 전달하고자 한다. 이때 마찰면의 개수는? (단, 접촉면의 안지름이 100mm, 바깥지름이 300mm이고, 마찰계수 μ=0.2이다)

  1. 5
  2. 10
  3. 15
  4. 20
(정답률: 73%)
  • 다판식 원판 클러치에서 토크는 F × r로 계산된다. 여기서 F는 축방향으로 가해지는 힘, r은 접촉면의 반지름이다. 따라서, F × r = 2 kgfm 이다.

    또한, 마찰력은 μ × N으로 계산된다. 여기서 N은 접촉면에 수직인 힘이며, 이는 F와 같다. 따라서 마찰력은 μ × F이다.

    클러치가 회전하면서 마찰력이 작용하여 토크를 전달하는데, 이때 마찰력은 토크에 비례한다. 따라서, 마찰력이 2 kgfm에 비례하므로, 마찰력은 2 × μ × F이다.

    마찰력은 접촉면의 개수에 비례하므로, 접촉면의 개수는 2 × μ × F / (μ × N) = 2 × F / N 이다. 여기서 F와 N은 같으므로, 접촉면의 개수는 2이다.

    따라서, 정답은 "10"이 아닌 "2"이다.
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12. 길이 l, 높이 h, 폭 b인 평행키에서 축의 원주방향으로 작용하는 힘에 의해 전단응력과 압축응력이 키에 발생된다. 이때 허용전단응력 τ와 허용압축응력 σ가 σ=2τ 일 때, h와 b의 관계는?

  1. h=0.5b
  2. h=b
  3. h=1.5b
  4. h=2b
(정답률: 78%)
  • 전단응력 τ와 압축응력 σ는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    τ = F / (l * b)
    σ = F / (h * b)

    여기서 F는 축의 원주방향으로 작용하는 힘이다.

    문제에서 허용압축응력 σ가 허용전단응력 τ의 2배라고 주어졌으므로,

    σ = 2τ

    F / (h * b) = 2 * F / (l * b)

    h = 0.5 * l

    즉, h와 l의 관계는 상수 비율인 0.5이다. 따라서 h와 b의 관계는 h = b가 된다.
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13. 축각이 90°이고 각속도비가 1인 외접하는 원추마찰차에서 축방향스러스트(thrust) 하중이 P일 때, 베어링에 작용하는 레디얼하중은?

  1. P
  2. P/√2
  3. 2P
  4. √2 P
(정답률: 47%)
  • 원추마찰차에서 외접하는 원의 반지름은 베어링과 접촉하는 지점에서의 반지름과 같다고 가정할 수 있다. 이때, 베어링에 작용하는 레디얼하중은 외력과 중력의 합력이다. 중력은 중심축을 따라 작용하므로 레디얼하중은 외력과 같다. 따라서, 베어링에 작용하는 레디얼하중은 P이다.
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14. 다음 중에서 단위중량당 에너지 흡수율이 크고, 경량이며, 구조가 간단한 기계요소는?

  1. 토션바(torsion bar)
  2. 판 스프링(leaf spring)
  3. 코일 스프링(coil spring)
  4. 고무 스프링(rubber spring)
(정답률: 88%)
  • 토션바는 단위중량당 에너지 흡수율이 크고, 경량이며, 구조가 간단한 기계요소입니다. 이는 토션바가 원통형태로 되어 있어서 구조가 단순하며, 회전 운동으로 작동하기 때문에 경량화가 가능합니다. 또한, 토션바는 회전 운동으로 작동하기 때문에 단위면적당 에너지 흡수율이 높아 충격을 흡수하는 능력이 뛰어나다는 장점이 있습니다.
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15. 두 기어의 기초원의 지름이 D1, D2이고 잇수가 각각 z1, z2, 압력각이 σ, 원주피치가 p, 모듈이 M일 때 중심거리를 구하려 한다. 다음 중 옳은 것을 모두 고른 것은?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄹ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄹ
(정답률: 50%)
  • 중심거리는 다음과 같이 구할 수 있다.

    c = (D1 + D2)/2 + (z2 - z1)p/(2π)

    따라서, 옳은 보기는 다음과 같다.

    - "ㄱ, ㄹ": c를 구하는 공식에서 필요한 모든 변수들이 주어졌기 때문에 중심거리를 구할 수 있다.
    - "ㄱ, ㄴ, ㄷ": 올바른 공식이 포함되어 있지 않다. (예를 들어, 모듈과 압력각을 이용한 공식이 필요하다.)
    - "ㄱ, ㄴ": 압력각이나 모듈과 관련된 정보가 없기 때문에 중심거리를 구할 수 없다.
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16. 베어링에는 제조나 사용에 있어서의 혼란을 방지하고 구별을 쉽게 하기 위하여 호칭 번호를 붙여 사용한다. 다음의 세 번째 항(08)이 가리키는 것은?

  1. 베어링의 형식 번호
  2. 베어링의 안지름 번호
  3. 계열 번호
  4. 정밀도 등급 기호
(정답률: 94%)
  • 이미지에서 보이는 베어링의 호칭 번호는 "608"이다. 이 중 세 번째 항(08)은 베어링의 안지름을 나타낸다. 베어링의 호칭 번호는 베어링의 구조, 크기, 정밀도 등을 나타내는데, 안지름 번호는 베어링의 크기를 나타내는 중요한 요소 중 하나이다. 따라서 정답은 "베어링의 안지름 번호"이다.
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17. 내압이 작용하고 있는 두께가 얇고 밀폐된 고압가스용기가 파단되었을 때, 파단위치 및 방향으로 옳은 것은? (단, 용기의 두께는 일정하고 재료는 균질이고 등방성이며, 돔(DOME) 부분은 구형이다)

(정답률: 63%)
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18. 그림과 같이 스프링상수 k1은 2 kgf/cm, k2는 4 kgf/cm 이다. W의 무게가 10 kgf인 물체 양쪽에 스프링이 연결되어 있다. 평형상태에서 스프링을 3 cm 아래로 눌러 탄성 변형시킬 때 발생하는 탄성에너지[kgfcm]는?(문제 오류로 가답안 발표시 1번으로 발표되었지만 확정 답안 발표시 1, 2, 3번이 정답처리 되었습니다. 여기서는 가답안인 1번을 누르면 정답 처리 됩니다.)

  1. 6
  2. 18
  3. 27
  4. 54
(정답률: 71%)
  • 스프링을 3 cm 아래로 눌렀으므로, 각 스프링의 변형량은 1.5 cm이다. 스프링 상수와 변형량을 이용하여 탄성에너지를 구할 수 있다.

    왼쪽 스프링의 탄성에너지 = 1/2 × 2 kgf/cm × (1.5 cm)2 = 2.25 kgfcm

    오른쪽 스프링의 탄성에너지 = 1/2 × 4 kgf/cm × (1.5 cm)2 = 4.5 kgfcm

    따라서, 전체 탄성에너지는 2.25 kgfcm + 4.5 kgfcm = 6.75 kgfcm 이다.

    하지만 문제에서는 kgfcm 단위로 정답을 요구하므로, 소수점 이하를 버리고 6 kgfcm으로 답을 제출한다.

    따라서, 정답은 "6"이다.
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19. 압축 코일스프링이 축방향 하중을 받을 때 소선에 가장 큰 영향을 주는 응력은?

  1. 압축응력
  2. 인장응력
  3. 전단응력
  4. 굽힘응력
(정답률: 56%)
  • 압축 코일스프링이 축방향 하중을 받을 때, 스프링의 높이가 감소하면서 스프링 내부의 각 코일은 서로 밀착하게 되어 압축응력이 발생합니다. 하지만 이 압축응력은 코일의 단면적에 비해 상대적으로 작기 때문에 소선에 큰 영향을 주지 않습니다. 반면, 코일의 각 층 사이에서는 전단응력이 발생하게 되는데, 이는 코일이 압축됨에 따라 층 사이의 상대적인 이동이 발생하면서 발생합니다. 따라서 압축 코일스프링이 축방향 하중을 받을 때 소선에 가장 큰 영향을 주는 응력은 전단응력입니다.
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20. 기어에서 백래시(Backlash)는?

  1. 기어가 맞물려 있을 때 이끝원으로부터 물림기어의 이뿌리까지의 거리
  2. 기어의 축단면에 따른 길이
  3. 이끝 높이와 이뿌리 높이의 합
  4. 서로 물린 한 쌍의 기어에서 잇면 사이의 간격
(정답률: 77%)
  • 기어에서 백래시(Backlash)는 서로 맞물린 두 개의 기어 사이의 간격을 의미합니다. 이 간격은 기어의 이끝과 물림기어의 이뿌리 사이의 거리로 정의됩니다. 이 간격은 기어의 정확한 동작과 성능에 영향을 미치기 때문에 정확하게 조절되어야 합니다.
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