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

9급 지방직 공무원 기계설계 2010-05-22 필기 기출문제 해설

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9급 지방직 공무원 기계설계
(2010-05-22 기출문제)

목록

1과목: 과목 구분 없음

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: 73%)
  • 일률(동력)은 단위 시간당 수행한 일의 양으로, 힘 $\times$ 속도 또는 에너지 $\div$ 시간으로 정의됩니다. 이를 SI 기본단위로 풀면 다음과 같습니다.
    일률 = 힘($\text{kg} \cdot \text{m} \cdot \text{s}^{-2}$) $\times$ 속도($\text{m} \cdot \text{s}^{-1}$) = $\text{m}^2 \cdot \text{kg} \cdot \text{s}^{-3}$
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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: 85%)
  • 스프링지수(Spring Index)는 코일스프링의 형상을 결정하는 지표로, 소선지름에 대한 스프링 평균지름의 비로 정의합니다.
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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: 40%)
  • 사각나사에서 하중을 들어올리기 위해 필요한 토크는 리드각과 마찰각을 고려한 공식으로 산출합니다.
    ① [기본 공식] $T = \frac{W d}{2} \tan(\alpha + \rho)$
    ② [숫자 대입] $T = \frac{100 \times 0.02}{2} \tan(10^{\circ} + 35^{\circ})$
    ③ [최종 결과] $T = 1$
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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: 72%)
  • 필릿 용접부의 전단 응력 $\tau$와 하중 $P$, 용접 길이 $l$, 판 두께 $t$ 사이의 관계를 이용합니다. 용접부의 유효 단면적은 $t \times l$이며, 필릿 용접의 목 두께는 $\frac{t}{\sqrt{2}}$임을 고려합니다.
    ① [기본 공식] $P = \tau \times \frac{t}{\sqrt{2}} \times l$
    ② [숫자 대입] (위 식을 $l$에 대해 정리)
    ③ [최종 결과] $l = \frac{\sqrt{2}P}{t\tau}$
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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: 90%)
  • 애크미 나사는 나사산의 각도가 크고 마찰이 적어 하중을 전달하거나 위치를 조절하는 '운동용 나사'로 사용되며, 강한 체결력을 필요로 하는 '체결용'으로는 적절하지 않습니다.
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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: 81%)
  • 리벳 이음에서 전단면 수는 리벳이 끊어지는 단면의 개수를 의미합니다. 양쪽 덮개판 2줄 맞대기 이음의 경우, 각 리벳이 두 군데에서 전단되므로 총 전단면 수가 가장 많아집니다.
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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: 69%)
  • 평기어의 중심거리는 모듈과 두 기어 잇수의 합에 비례합니다. 속도비가 $1 : 2.5$이므로 작은 기어의 잇수를 $Z_1$, 큰 기어의 잇수를 $2.5Z_1$으로 설정하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $C = \frac{m(Z_1 + Z_2)}{2}$
    ② [숫자 대입] $315 = \frac{6(Z_1 + 2.5Z_1)}{2}$
    ③ [최종 결과] $Z_1 = 30$
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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%)
  • 헬리컬 기어의 중심거리는 두 기어 피치원 반지름의 합으로 계산하며, 비틀림각이 있을 때의 정면 모듈을 적용합니다.
    ① [기본 공식] $C = \frac{m_n (z_1 + z_2)}{2 \cos \beta}$
    ② [숫자 대입] $C = \frac{4 (20 + 100)}{2 \times 0.95}$
    ③ [최종 결과] $C = 252.63$
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9. 원추각이 α, 평균직경이 Dm, 마찰계수 μ인 원추클러치가 있다. 전달토크를 T라 할 때, 축방향으로 밀어야 할 힘(P)은?

(정답률: 65%)
  • 원추클러치에서 전달 토크 $T$를 발생시키기 위해 축 방향으로 가해야 하는 밀어내는 힘 $P$를 구하는 공식입니다.
    ① [기본 공식] $P = \frac{2T}{\mu D_m}(\sin\alpha + \mu\cos\alpha)$
    ② [숫자 대입] (주어진 변수 $T, \mu, D_m, \alpha$를 공식에 그대로 대입)
    ③ [최종 결과] $P = \frac{2T}{\mu D_m}(\sin\alpha + \mu\cos\alpha)$
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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: 33%)
  • 기본 동적부하용량(C)은 베어링의 수명과 관련된 표준 하중을 의미하며, 일반적으로 외륜을 고정하고 내륜을 회전시키는 조건에서 100만 회전의 정격수명을 얻을 수 있는 하중의 크기로 정의합니다.

    오답 노트
    전동체 지름의 0.0001배 변형량: 이는 기본 정적부하용량(C0)에 대한 설명입니다.
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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: 71%)
  • 다판식 클러치의 전달 토크 공식을 이용하여 마찰면의 개수를 구하는 문제입니다.
    ① [기본 공식] $T = n \mu P \frac{D_{o}^{2} + D_{i}^{2}}{4}$
    ② [숫자 대입] $2000 = n \times 0.2 \times 10 \times \frac{300^{2} + 100^{2}}{4 \times 1000}$
    ③ [최종 결과] $n = 10$
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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: 79%)
  • 평행키에서 전단응력과 압축응력의 관계를 통해 치수 비율을 결정하는 문제입니다.
    ① [기본 공식] $\frac{\sigma}{\tau} = \frac{b}{h}$
    ② [숫자 대입] $2 = \frac{b}{h}$
    ③ [최종 결과] $h = 0.5b$
    ※ 정답이 $h=b$로 제시되었으나, 일반적인 응력 관계식 $\sigma = \frac{F}{bh}$, $\tau = \frac{F}{lh}$ 및 조건 $\sigma=2\tau$를 적용하면 $h=0.5b$가 도출됩니다. 다만, 지정 정답인 $h=b$를 따를 경우 전단과 압축의 면적 비율이 1:1인 상황을 가정한 것입니다.
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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: 51%)
  • 원추마찰차에서 축각이 $90^{\circ}$이고 각속도비가 1인 경우, 축방향 하중과 레디얼 하중의 관계를 분석하면 두 하중의 크기가 동일하게 나타납니다.
    ① [기본 공식] $F_{r} = P \tan \alpha$
    ② [숫자 대입] $F_{r} = P \tan 45^{\circ}$
    ③ [최종 결과] $F_{r} = P$
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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: 86%)
  • 토션바(torsion bar)는 재료의 비틀림 강성을 이용하여 충격을 흡수하는 요소로, 단위 중량당 에너지 흡수율이 매우 높고 구조가 단순하며 경량이라는 특징을 가지고 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: 54%)
  • 기어의 중심거리는 피치원 지름의 합의 절반이며, 기초원 지름 $D$와 피치원 지름 $d$의 관계는 $D = d \cos \alpha$입니다. 이를 통해 중심거리를 유도하면 다음과 같습니다.
    ㄱ. 중심거리 $C = \frac{d_{1} + d_{2}}{2} = \frac{\frac{D_{1}}{\cos \alpha} + \frac{D_{2}}{\cos \alpha}}{2} = \frac{D_{1} + D_{2}}{2 \cos \alpha}$ (옳음)
    ㄹ. $d = \frac{p}{\cos \alpha}$ 관계와 모듈 $M$의 정의를 이용한 식의 변형을 통해 도출 가능합니다. (옳음)

    오답 노트
    ㄴ. 분모에 $\cos \alpha$가 들어가는 형태는 기초원 지름을 이용할 때이며, 잇수와 모듈을 이용한 피치원 지름 식에는 $\cos \alpha$가 필요 없습니다.
    ㄷ. 중심거리 공식의 기본 구조와 일치하지 않습니다.
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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: 90%)
  • 베어링 호칭 번호의 구성 체계에 따라 각 항목의 의미를 분석하면 다음과 같습니다.
    6: 형식 번호 / 2: 치수계열 번호 / 08: 베어링의 안지름 번호 / C2: 틈새 기호 / P6: 등급 기호
    따라서 세 번째 항인 08은 베어링의 안지름 번호를 의미합니다.
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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: 67%)
  • 얇은 원통형 고압 용기에서 원주 방향 응력(Hoop stress)은 축 방향 응력(Longitudinal stress)의 약 2배가 됩니다. 따라서 응력이 가장 큰 원주 방향으로 인장되어, 용접선이나 벽면이 세로 방향으로 찢어지는 파단이 발생합니다.
    정답인 는 원주 방향 응력에 의해 세로로 파단된 모습을 정확히 나타내고 있습니다.
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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: 76%)
  • 두 스프링이 물체를 사이에 두고 양쪽에서 지지하는 구조는 병렬 연결과 같으므로, 전체 스프링 상수는 각 상수의 합으로 계산합니다. 탄성에너지는 스프링 상수와 변위의 제곱에 비례합니다.
    ① [기본 공식] $U = \frac{1}{2}(k_{1} + k_{2})x^{2}$
    ② [숫자 대입] $U = \frac{1}{2}(2 + 4) \times 3^{2}$
    ③ [최종 결과] $U = 27$
    ※ 문제의 가답안 기준에 따라 6으로 처리되나, 계산상 결과는 27입니다.
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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: 61%)
  • 압축 코일스프링에 축방향 하중이 가해지면, 소선 내부에는 비틀림 모멘트가 발생하여 주된 응력으로 전단응력이 작용하게 됩니다.
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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%)
  • 백래시는 기어의 원활한 맞물림과 윤활유 공급, 열팽창에 의한 간섭을 방지하기 위해 서로 물린 한 쌍의 기어 잇면 사이에 의도적으로 둔 틈새를 말합니다.
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