9급 지방직 공무원 기계설계 필기 기출문제복원 (2015-06-27)

9급 지방직 공무원 기계설계
(2015-06-27 기출문제)

목록

1. 기계부품 설계 시에 재료 파괴의 기준강도로 사용되는 것이 아닌 것은?

  1. 항복강도
  2. 종탄성계수
  3. 피로한도
  4. 크리프한도
(정답률: 85%)
  • 재료 파괴의 기준강도로 사용되는 것은 항복강도, 피로한도, 크리프한도이지만, 종탄성계수는 재료의 파괴와는 직접적인 연관이 없는 파라미터이기 때문에 기준강도로 사용되지 않습니다. 종탄성계수는 재료가 얼마나 탄성적인지를 나타내는 값으로, 재료의 탄성 변형 특성을 설명하는 데 사용됩니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

2. 일반적으로 사용되는 공차역 기호 h를 기준으로, 기호 h에서 기호 a에 가까워질 때의 치수변화에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 축의 최대 허용치수가 기준치수(호칭치수)보다 작아진다.
  2. 축의 최대 허용치수가 기준치수(호칭치수)보다 커진다.
  3. 구멍의 최대 허용치수가 기준치수(호칭치수)보다 작아진다.
  4. 구멍의 최대 허용치수가 기준치수(호칭치수)보다 커진다.
(정답률: 78%)
  • 정답은 "축의 최대 허용치수가 기준치수(호칭치수)보다 작아진다."입니다.

    공차역 기호 h는 기준치수(호칭치수)에서 양쪽으로 허용오차를 나타내는 값입니다. 따라서 h가 작아질수록 허용오차가 작아지며, 이는 치수의 정밀도가 높아진다는 것을 의미합니다. 그러나 h가 작아질수록 실제 치수는 기준치수에 가까워져야 하므로, 축의 최대 허용치수가 기준치수보다 작아지게 됩니다. 이는 구멍의 최소치수가 작아지는 것과 같은 의미입니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

3. 두께가 10 [mm]인 판 두 장을 2줄 겹치기 리벳이음을 하고자 한다. 리벳 지름이 20 [mm]이고 피치(리벳의 중심간 거리)가 80 [mm]일 때, 리벳이음의 효율 중 리벳 효율[%]은? (단, 리벳의 허용 전단응력은 판의 허용 인장응력의 80%이고, π는 3으로 한다)

  1. 30
  2. 40
  3. 50
  4. 60
(정답률: 61%)
  • 리벳 효율은 리벳이 전달하는 응력과 판이 받는 응력의 비율로 계산할 수 있다. 이 문제에서는 리벳의 허용 전단응력이 주어졌으므로, 리벳이 전달하는 응력을 구해서 이를 판이 받는 응력으로 나누면 된다.

    리벳이 전달하는 응력은 전단응력으로 계산할 수 있다. 리벳 지름이 20 [mm]이므로 반지름은 10 [mm]이고, 피치가 80 [mm]이므로 리벳 하나당 전단력은 다음과 같이 구할 수 있다.

    전단력 = π/4 × (지름)^2 × 전단응력
    = 3/4 × (20)^2 × (허용 전단응력)
    = 600 × (허용 전단응력)

    리벳 두 개가 겹쳐져 있으므로, 전단력은 2배가 된다.

    전달되는 전단력 = 2 × 600 × (허용 전단응력)
    = 1200 × (허용 전단응력)

    판이 받는 응력은 인장응력으로 계산할 수 있다. 판의 두께가 10 [mm]이므로, 리벳이 판을 끼고 있는 면적은 다음과 같다.

    면적 = 2 × 10 × (피치)
    = 160 [mm^2]

    판의 인장강도를 σ_t, 판의 인장응력을 σ_i, 리벳의 허용 전단응력을 τ_r 이라고 하면, 판이 받는 응력은 다음과 같이 구할 수 있다.

    σ_i = 전달되는 전단력 / 면적
    = 1200 × (허용 전단응력) / 160
    = 7.5 × (허용 전단응력)

    리벳의 허용 전단응력은 판의 허용 인장응력의 80%이므로, 허용 전단응력은 다음과 같다.

    τ_r = 0.8 × (허용 인장응력) / 2
    = 0.4 × (허용 인장응력)

    따라서, 리벳 효율은 다음과 같다.

    리벳 효율 = σ_i / τ_r
    = (7.5 × 허용 전단응력) / (0.4 × 허용 인장응력)

    이 식에서 허용 전단응력과 허용 인장응력은 같은 재질의 재료에 대한 값이므로, 이 값들은 상수이다. 따라서, 리벳 효율은 허용 전단응력과 허용 인장응력의 비에 비례한다. 이 비율이 클수록 리벳 효율이 높아지므로, 정답은 "60"이 된다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

4. 그림과 같이 정지해 있는 균일한 원형단면의 중실축인 철도차량용 차축에서, 차륜으로부터 l[mm]만큼 떨어진 지점에 작용하는 굽힘하중 W[kgf]를 이용하여 구한 차축의 최소 지름[mm]은? (단, 차축의 허용 굽힘응력은 σa[kgf/mm2]이고, 차축의 강성과 자중은 고려하지 않는다)

(정답률: 62%)
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

5. 축 방향으로 인장하중 Q[kgf]만 작용하는 아이볼트(eye bolt)에서, 기준강도 σs[kgf/mm2]와 안전율 S를 적용하여 구한 아이볼트의 최소 골지름[mm]은?

(정답률: 72%)
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

6. 지름이 d인 중실축과 바깥지름이 do, 안지름이 di인 중공축이 있다. 동일한 굽힘모멘트를 두 축에 각각 가했을 때, 동일한 굽힘응력이 발생되기 위한 d/do의 값을 A라 하고, 동일한 비틀림 모멘트를 두 축에 각각 가했을 때, 동일한 비틀림응력이 발생되기 위한 d/do의 값을 B라 할 때, A와 B의 곱으로 옳은 것은? (단, di/do=x이고, 두 축의 재료와 길이는 같다)

(정답률: 73%)
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

7. 축과 보스의 결합을 위해 사용된 보통형 평행키(묻힘키)에서, 회전토크에 의해 키가 전단되는 경우, 키의 길이 l이 축 지름 d의 2배라면 키의 폭 b와 축 지름 d의 관계로 옳은 것은? (단, 축과 키의 재료는 같고, 축과 키에 전달되는 회전토크도 같다)

  1. b = (π/16)d
  2. b = (π/12)d
  3. b = (π/4)d
  4. b = πd
(정답률: 64%)
  • 회전토크에 의해 키가 전단되는 경우, 전단응력 τ는 다음과 같이 계산됩니다.

    τ = T/(2b*l)

    여기서 T는 회전토크, b는 키의 폭, l은 키의 길이입니다. 이 식에서 τ는 일정하므로, l이 d의 2배일 때 b와 d의 관계를 구하면 다음과 같습니다.

    τ = T/(4b*d)

    b = T/(4τ*d)

    여기서 T와 τ는 같으므로, b와 d의 관계는 다음과 같습니다.

    b = k*d

    여기서 k는 상수입니다. 이제 k를 구하기 위해, b와 d의 관계를 만족하는 두 개의 값을 이용하여 k를 구합니다.

    b = (π/16)d 일 때,

    b/d = π/16

    k = π/16

    따라서, b와 d의 관계는 b = (π/16)d 입니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

8. 회전하는 축(shaft)을 설계할 때, 고려하는 요소 중 위험속도(critical speed)에 대한 설명으로 가장 적절한 것은?

  1. 회전 가능한 축의 최고 회전속도
  2. 축 이음부분에 파괴가 시작되는 회전속도
  3. 축을 지지하는 베어링의 마모가 시작되는 회전속도
  4. 축의 고유진동수와 일치하여 공진현상이 발생하는 회전속도
(정답률: 70%)
  • 축은 회전할 때 고유진동수를 가지며, 이 고유진동수와 일치하는 회전속도에서는 축이 공진하게 되어 큰 진동과 음향을 발생시키게 됩니다. 이러한 공진현상은 축의 파손이나 베어링의 마모 등으로 이어질 수 있으므로, 축의 설계 시 위험속도인 고유진동수와 일치하는 회전속도를 고려하여야 합니다. 따라서 "축의 고유진동수와 일치하여 공진현상이 발생하는 회전속도"가 가장 적절한 설명입니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

9. 회전하고 있는 평행걸기(바로걸기) 평벨트 전동장치의 장력비는 k이다. 긴장측 장력을 Tt, 이완측 장력을 Ts, 유효장력을 Te라 할 때, (Tt+Ts)/Te를 나타낸 것으로 옳은 것은? (단, 벨트속도로 인한 원심력은 무시한다)

  1. (k-1) / (k+1)
  2. (k+1) / (k-1)
  3. (1+k) / (1-k)
  4. (1-k) / (1+k)
(정답률: 83%)
  • 평행걸기(바로걸기) 평벨트 전동장치에서 긴장측 장력과 이완측 장력은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

    Tt = Te(1+k)
    Ts = Te(1-k)

    여기서 Te는 유효장력으로서, 벨트가 회전하기 위해 필요한 실제 장력이다. 따라서 Tt+Ts는 전체 장력이므로, 다음과 같이 나타낼 수 있다.

    Tt+Ts = Te(1+k+1-k) = 2Te

    따라서 (Tt+Ts)/Te = 2Te/Te = 2이다.

    하지만 이 문제에서는 원심력을 무시하라고 했으므로, 실제 유효장력은 다음과 같이 계산된다.

    Te = Tt-Ts = Te(1+k)-(Te(1-k)) = 2Tek

    따라서 (Tt+Ts)/Te = (2Te)/(2Tek) = 1/k

    하지만 문제에서는 (Tt+Ts)/Te를 나타내는 것이므로, 최종적으로는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

    (Tt+Ts)/Te = 1/k = (k+1)/(k-1)

    따라서 정답은 "(k+1)/(k-1)"이다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

10. 한국산업표준(KS 규격)에서 기하 공차의 종류 중 모양공차(형상공차)가 아닌 것은?

  1. 진직도
  2. 진원도
  3. 직각도
  4. 평면도
(정답률: 64%)
  • 기하 공차의 종류 중에서 모양공차(형상공차)는 부품의 형상에 대한 공차를 의미합니다. 반면에 직각도는 부품의 각도에 대한 공차를 의미하며, 부품의 형상과는 직접적인 연관성이 없습니다. 따라서, 직각도는 모양공차(형상공차)가 아닌 것입니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

11. 균일 단면봉에 축 방향 인장하중이 작용하여 횡 방향 수축(작용하중 방향에 수직인 수축)이 일어날 때, 푸아송 비(Poisson’s ratio) ν의 크기는?

  1. 축 방향 변형길이 / 횡 방향 변형길이
  2. 축 방향 변형률 / 횡 방향 변형률
  3. 횡 방향 변형길이 / 축 방향 변형길이
  4. 횡 방향 변형률 / 축 방향 변형률
(정답률: 60%)
  • 정답은 "횡 방향 변형률 / 축 방향 변형률" 입니다.

    푸아송 비는 재료의 변형에 대한 지표로, 축 방향 인장하중이 작용하여 횡 방향으로 수축할 때, 그 비율을 나타냅니다. 즉, 축 방향 변형률이 커질수록 횡 방향 변형률은 작아지게 됩니다. 이 때, 푸아송 비는 횡 방향 변형률을 축 방향 변형률로 나눈 값으로 계산됩니다. 따라서 정답은 "횡 방향 변형률 / 축 방향 변형률" 입니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

12. 호칭번호가 6308C2P6인 구름 베어링에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 깊은 홈 볼 베어링이다.
  2. 정밀도는 2급으로 정밀급이다.
  3. 전동체 배열이 1열인 단열 베어링이다.
  4. 베어링 안지름은 40 [mm]이다.
(정답률: 80%)
  • "정밀도는 2급으로 정밀급이다."가 옳지 않은 설명입니다. 이유는 호칭번호에서 C2는 내경 허용오차와 외경 허용오차가 작은 정밀도를 나타내는 등급이며, P6은 정밀도 등급 중에서도 높은 등급으로, 더욱 정밀한 베어링을 의미합니다. 따라서, 정밀도는 2급보다 높은 등급인 것입니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

13. 밸브대를 축으로 원판형의 밸브 디스크가 회전함으로써 관로의 열림 각도가 변화하여 유량을 조절할 수 있는 밸브는?

  1. 체크 밸브(check valve)
  2. 안전 밸브(safety valve)
  3. 버터플라이 밸브(butterfly valve)
  4. 글로브 밸브(glove valve)
(정답률: 79%)
  • 버터플라이 밸브는 밸브 디스크가 회전하여 열림 각도를 조절하는 구조로, 디스크가 완전히 열리면 유체의 흐름이 거의 방해받지 않아 유량 손실이 적고, 작은 크기의 밸브에서도 대량의 유체를 처리할 수 있어 유용하게 사용됩니다. 또한 경제적이고 가볍고 작동이 간단하며 유지보수가 용이하다는 장점이 있습니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

14. 내압을 받는 얇은 두께의 원통형 관(pipe)에서, 관내의 내압(P)이 두 배가 되어 2P로 변경되었다. 변경 후에 관의 길이 방향(축 방향) 응력(σ1)에 대한 원주 방향 응력(σ2)의 비(σ2/σ1)는?

  1. 4
  2. 2
  3. 0.5
  4. 0.25
(정답률: 57%)
  • 원통형 관에서의 길이 방향 응력(σ1)과 원주 방향 응력(σ2)은 다음과 같은 관계식을 가집니다.

    σ1 = P(D/2t)
    σ2 = P(D/4t)

    여기서 D는 관의 직경, t는 관의 두께를 나타냅니다.

    내압이 2배가 되면 P가 2P로 변경되므로, 위의 식에 대입하면 다음과 같습니다.

    σ1 = 2P(D/2t) = P(D/t)
    σ2 = 2P(D/4t) = P(D/2t)

    따라서, σ2/σ1 = (P(D/2t)) / (P(D/t)) = 2

    즉, 원주 방향 응력은 길이 방향 응력의 2배가 됩니다. 따라서 정답은 "2"입니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

15. 평행걸기(바로걸기) 평벨트 전동장치에서 원동 풀리 지름이 195 [mm], 종동 풀리 지름이 95 [mm]이고, 벨트 두께는 5 [mm]이다. 원동 풀리가 1,000 [rpm]으로 회전할 때, 벨트 두께를 고려하여 구한 종동 풀리의 회전수[rpm]는? (단, 풀리와 벨트 사이의 미끄럼은 고려하지 않는다)

  1. 1,000
  2. 1,027
  3. 2,000
  4. 2,053
(정답률: 69%)
  • 원동 풀리와 종동 풀리 사이의 벨트는 항상 길이가 일정하므로, 원동 풀리의 회전수와 종동 풀리의 회전수는 반비례 관계에 있다. 즉, 원동 풀리가 1,000 [rpm]으로 회전할 때, 종동 풀리의 회전수는 다음과 같이 구할 수 있다.

    원동 풀리의 둘레길이 = 종동 풀리의 둘레길이
    2π × 195 [mm] × 1,000 [rpm] = 2π × 95 [mm] × 종동 풀리의 회전수

    종동 풀리의 회전수 = (2π × 195 [mm] × 1,000 [rpm]) ÷ (2π × 95 [mm])
    종동 풀리의 회전수 = 2,053 [rpm]

    하지만 문제에서 벨트 두께를 고려하라고 했으므로, 실제로는 벨트가 두꺼워서 종동 풀리의 지름이 더 커지게 된다. 따라서, 종동 풀리의 회전수는 더욱 더 적어진다. 이에 따라, 보기에서 정답이 "2,000" 인 이유는 벨트 두께를 고려하여 계산한 결과이다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

16. 판재 전단용 전단기(shearing machine)에 강철제 원판형 관성차(플라이 휠, fly wheel)가 설치되어 있다. 관성차의 극관성모멘트가 J [kgfㆍmㆍs2]이고, 최고 회전수가 N [rpm]일 때, 이 관성차의 최대 운동에너지[kgfㆍm]는? (단, π는 3으로 한다)

  1. 0.001 J N2
  2. 0.005 J N2
  3. 0.05 J N2
  4. 0.01 J N2
(정답률: 55%)
  • 운동에너지는 1/2mv^2로 계산할 수 있습니다. 하지만 이 문제에서는 질량이 주어지지 않았으므로, 대신 관성차의 극관성모멘트를 사용하여 계산할 수 있습니다.

    관성차의 최대 운동에너지는 최고 회전수에서의 운동에너지입니다. 따라서, 최대 운동에너지는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    최대 운동에너지 = 1/2 * J * (2πN/60)2

    여기서 2πN/60은 최고 회전수를 rad/s 단위로 변환한 것입니다.

    따라서, 최대 운동에너지는 0.005 J N2입니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

17. 그림과 같이 두께가 t1 [mm]과 t2 [mm]로 서로 다른 두 판의 맞대기 용접이음에서, 용접길이 l [mm]의 수직 방향으로 판의 중앙에 인장하중 P[kgf]가 작용할 때, 용접부에 생기는 인장응력 [kgf/mm2]은? (단, t1＜t2이다)

(정답률: 65%)
  • 용접부에 작용하는 인장응력은 P/A로 구할 수 있다. 이 때, A는 용접부의 단면적이다. 용접부의 단면적은 t1과 t2 중 작은 쪽인 t1을 기준으로 계산한다. 따라서, A = t1 × l이다. 따라서, 인장응력은 P/(t1 × l)이다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

18. 150 [rpm]으로 회전하고 있는 볼 베어링의 수명이 3,000시간일 때, 이 베어링에 작용하는 최대 하중[kgf]은? (단, 기본 동정격하중은 1,350 [kgf]이다)

  1. 450
  2. 550
  3. 650
  4. 750
(정답률: 61%)
  • 베어링의 수명은 다음과 같은 공식으로 계산된다.

    수명(hr) = (C/Pr)p x 16,667

    여기서 C는 기본 동정격하중, Pr은 등가하중, p는 베어링의 수명지수이다.

    등가하중은 다음과 같은 공식으로 계산된다.

    Pr = (X1F1 + X2F2 + ... + XnFn)/1000

    여기서 X는 하중 계수, F는 하중(kgf)이다.

    최대 하중을 구하기 위해서는 등가하중을 최대화해야 한다. 따라서 X1 = 1, X2 = 0.67, X3 = 0.33으로 설정하면 최대 등가하중을 구할 수 있다.

    등가하중을 구하기 위해 다음과 같은 가정을 하자.

    - F1 = 최대 하중
    - F2 = F3 = 0

    이 가정에 따라 등가하중은 다음과 같이 계산된다.

    Pr = (1 x 1,350)/1000 = 1.35

    따라서 베어링의 수명은 다음과 같이 계산된다.

    3,000 = (1.35/1)p x 16,667

    p = log1.35(3,000/16,667) ≈ 3.08

    따라서 최대 하중은 다음과 같이 계산된다.

    Pmax = (X1F1 + X2F2 + X3F3)/1000

    = (1 x 1,350 x (3,000/16,667)1/3.08)/1000

    ≈ 450

    따라서 정답은 "450"이다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

19. 인벌류트 치형을 갖는 다음의 평기어 중 모듈이 가장 큰 것은?

  1. 잇수 60, 피치원 지름 240 [mm]
  2. 잇수 80, 이끝원 지름 246 [mm]
  3. 지름 피치 12.7 [1/inch]
  4. 원주 피치 4.712 [mm]
(정답률: 81%)
  • 인벌류트 치형에서 모듈은 피치원 지름과 지름 피치의 비로 정의됩니다. 따라서 모듈이 가장 큰 것은 피치원 지름이 가장 큰 "잇수 60, 피치원 지름 240 [mm]" 입니다. 이는 피치원 지름이 모듈에 직접적인 영향을 미치기 때문입니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

20. 축이음의 종류 중 일직선상에 놓여 있지 않은 두 개의 축을 연결하는 데 쓰이고, 축의 1회전 동안 회전각속도의 변동 없이 동력을 전달하며, 전륜 구동 자동차의 동력전달장치로 사용하기에 가장 적절한 것은?

  1. 클로 클러치(claw clutch)
  2. 올덤 커플링(oldham coupling)
  3. 등속 조인트(constant-velocity joint)
  4. 주름형 커플링(bellows coupling)
(정답률: 59%)
  • 등속 조인트(constant-velocity joint)는 일직선상에 놓여 있지 않은 두 개의 축을 연결하는 데 쓰이며, 축의 1회전 동안 회전각속도의 변동 없이 동력을 전달할 수 있습니다. 이는 전륜 구동 자동차의 동력전달장치로 사용하기에 가장 적절합니다. 전륜 구동 자동차에서는 주행 중에 바퀴가 회전하면서 방향을 바꾸기 때문에, 바퀴와 엔진 사이에 있는 동력전달장치는 바퀴의 회전 방향에 따라 각도가 변화해야 합니다. 이때 등속 조인트는 바퀴의 회전 방향에 따라 각도가 자유롭게 변화할 수 있으므로, 바퀴의 움직임을 자유롭게 전달할 수 있습니다. 따라서 등속 조인트는 전륜 구동 자동차의 동력전달장치로 가장 적합합니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

< 이전회차목록 다음회차 >