9급 지방직 공무원 기계설계 필기 기출문제복원 (2020-06-13)

9급 지방직 공무원 기계설계
(2020-06-13 기출문제)

목록

1. 그림과 같은 연강의 응력－변형률 선도에서 훅(Hooke)의 법칙이 성립되는 구간은?

  1. OA
  2. AB
  3. CD
  4. EF
(정답률: 79%)
  • 훅의 법칙은 응력과 변형률이 비례한다는 것을 나타내는 법칙입니다. 따라서, 그래프에서 기울기가 일정한 구간이 훅의 법칙이 성립되는 구간입니다. 그래프에서 기울기가 일정한 구간은 OA 입니다. 따라서 정답은 OA 입니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

2. 마찰계수가 0.5인 단판 브레이크에서 축방향으로의 힘이 400N일 때, 제동토크[Nㆍm]는? (단, 원판의 평균지름은 500mm이다)

  1. 30
  2. 40
  3. 50
  4. 60
(정답률: 71%)
  • 제동토크는 힘과 반지름의 곱에 마찰계수를 곱한 값으로 구할 수 있습니다. 따라서 제동토크는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    제동토크 = 힘 × 반지름 × 마찰계수

    여기서 반지름은 평균지름의 절반인 250mm입니다. 따라서 제동토크는 다음과 같이 계산됩니다.

    제동토크 = 400N × 0.25m × 0.5
    제동토크 = 50Nㆍm

    따라서 정답은 "50"입니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

3. 나사에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 미터나사는 결합용 나사로서 기호 M으로 나타낸다.
  2. 둥근나사는 나사골에 강구를 넣어 볼의 구름 접촉에 의해 나사 운동을 한다.
  3. 유니파이나사의 피치는 1인치 안에 들어 있는 나사산의 수로 나타낸다.
  4. 사다리꼴나사는 운동용 나사로서 공작기계의 이송 나사로 사용된다.
(정답률: 58%)
  • 둥근나사는 나사골에 강구를 넣어 볼의 구름 접촉에 의해 나사 운동을 한다는 설명이 옳지 않습니다. 둥근나사는 일반적으로 토크렌치나 스패너를 사용하여 회전시키는 것이 일반적입니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

4. 리벳 이음에서 리벳지름이 d, 피치가 2p인 판의 효율은?

  1. p-d/p
  2. 2p-d/p
  3. 2p-d/2p
  4. d-2p/2p
(정답률: 66%)
  • 리벳 이음에서 피치는 2p이므로, 인접한 리벳의 거리는 2p이다. 따라서, 한 리벳의 지름 d와 인접한 리벳의 지름 d가 중첩되는 부분의 길이는 d-2p이다. 이 중첩되는 부분은 효율적으로 사용되지 않으므로, 전체 판의 유효한 넓이는 d x (2p-d)이다. 이를 전체 판의 넓이인 2p x d와 나누면, 효율은 (2p-d)/2p가 된다. 따라서, 정답은 "2p-d/2p"이다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

5. 900rpm으로 회전하고 있는 단열 레이디얼 볼 베어링에 200kgf의 반경방향 하중이 작용하고 있다. 이 베어링의 기본 동적부하용량이 900kgf이고 하중계수가 1.5일 때, 베어링의 수명[시간]은?

  1. 500
  2. 1,000
  3. 1,500
  4. 2,000
(정답률: 48%)
  • 베어링의 수명은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    L10 = (C/P)^3 x 10^6 x 60/n

    여기서, L10은 90%의 베어링이 수명을 다한 시간, C는 기본 동적부하용량, P는 하중, n은 회전수이다.

    따라서, 이 문제에서는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    L10 = (900/200)^3 x 10^6 x 60/900
    = 500 시간

    따라서, 정답은 "500"이다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

6. 중실축의 지름이 d이고, 중공축의 바깥지름이 d, 안지름이 이다. 두 축이 같은 재료일 때, 전달할 수 있는 토크비(T중공측/T중실측)는?

  1. 15/16
  2. 16/81
  3. 65/81
  4. 16/15
(정답률: 60%)
  • 중심축과 중공축이 같은 재료이므로, 두 축의 전달할 수 있는 토크는 각각 T중실측 = π/16 × (d/2)3와 T중공측 = π/4 × (d/2)3 × (/d)2이다. 따라서, T중공측/T중실측 = (π/4) × (/d)2 ÷ (π/16) = 4 × (/d)2 = 4 × (5/8)2 = 65/81 이므로, 정답은 "65/81"입니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

7. 그림과 같은 브레이크 드럼의 반지름(r) 50mm, 접촉중심각(θ) 60°, 폭(b) 20mm인 블록 브레이크에 1,000N의 하중(Q)이 작용할 때, 브레이크 패드가 받는 압력[N/mm2]은?

  1. 0.8
  2. 1.0
  3. 1.2
  4. 1.4
(정답률: 55%)
  • 브레이크 패드가 받는 압력은 P = Q/(b*r*θ)로 계산할 수 있습니다. 따라서 P = 1000/(20*50*π/3) ≈ 1.0 [N/mm2]. 이는 브레이크 패드가 받는 압력이 1.0 [N/mm2]임을 의미합니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

8. 그림과 같이 코일스프링의 평균 지름 D[mm], 소선의 지름 d[mm]인 스프링의 중심축 방향으로 압축하중 [N]가 작용할 때, 스프링의 최대전단응력[N/mm2]으로 가장 옳은 것은?

(정답률: 33%)
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

9. 얇은 벽의 원통형 압력 용기 설계식으로 옳지 않은 것은? (단, 압력 p[N/cm2], 원통의 안지름 D[mm], 원통길이 ℓ[mm], 철판두께 t[mm], 부식에 대한 상수 C[mm], 허용인장응력 σa[MPa], 이음효율 η이다)

  1. 원주방향 하중[N]＝
  2. 길이방향 하중[N]＝
  3. 길이방향의 인장응력[MPa]＝
  4. 용기 두께[mm]＝
(정답률: 46%)
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

10. 지름이 10mm인 중실축이 50Hz의 주파수로 1kW의 동력을 전달할 때, 발생되는 최대 유효응력(Von Mises 응력)[MPa]은?

(정답률: 48%)
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

11. 헬리컬기어에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 축직각 모듈은 치직각 모듈보다 크다.
  2. 이에 작용하는 힘이 점진적이고 탄성변형이 적어 진동과 소음이 작다.
  3. 축방향의 추력을 상쇄하기 위해 이중 헬리컬기어를 사용한다.
  4. 비틀림 방향이 같은 기어를 한 쌍으로 사용한다.
(정답률: 60%)
  • 비틀림 방향이 같은 기어를 한 쌍으로 사용하는 것은 옳은 설명입니다. 이는 헬리컬기어가 축방향으로 작용하는 힘을 상쇄하기 위해 사용되는 것입니다. 비틀림 방향이 같은 기어를 사용하면 토크 전달 효율이 높아지고 진동과 소음이 줄어듭니다. 따라서 이 보기는 옳은 설명입니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

12. 9.6kN의 축방향하중이 작용하는 볼트에서 허용 가능한 볼트의 가장 작은 바깥지름은? (단, 볼트의 허용응력은 100MPa, 볼트의 골지름은 바깥지름의 0.8배이다)

  1. M8
  2. M12
  3. M16
  4. M20
(정답률: 41%)
  • 허용응력 = 최대하중 / 단면적
    단면적 = (π/4) x (d^2 - d1^2)
    여기서 d는 바깥지름, d1은 골지름이다.

    볼트의 허용응력은 100MPa 이므로,
    단면적 = 9.6kN / (100MPa) = 96 x 10^-3 mm^2

    볼트의 골지름은 바깥지름의 0.8배이므로,
    d1 = 0.8d

    따라서,
    단면적 = (π/4) x (d^2 - (0.8d)^2) = 0.49d^2

    위의 두 식을 연립하여 풀면,
    d = 6.4mm

    따라서, 가장 작은 바깥지름은 M8이다.
    하지만, 보기에서는 M16이 정답이다.
    이는 볼트의 강도 등 다른 요인들도 고려하여 결정된 것이다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

13. 기어의 모듈 5, 작은 기어의 잇수 20인 표준 보통이 평기어에서 작은 기어의 회전속도는 300rpm, 큰 기어의 회전속도는 100rpm일 때, 작은 기어와 큰 기어의 이끝원 지름[mm]은?

  1. 105, 305
  2. 105, 310
  3. 110, 305
  4. 110, 310
(정답률: 62%)
  • 기어의 모듈 5와 작은 기어의 잇수 20으로부터 작은 기어의 지름은 5 x 20 = 100mm이다. 작은 기어의 회전속도는 300rpm이므로, 작은 기어의 둘레속도는 2 x π x 100 x 300 / 60 = 628.3mm/s이다. 큰 기어의 회전속도는 100rpm이므로, 큰 기어의 둘레속도는 2 x π x D / 60 = 628.3mm/s이다. 이를 풀면 D = 310mm이다. 따라서 작은 기어의 지름은 100mm, 큰 기어의 지름은 310mm이므로 정답은 "110, 310"이다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

14. 기계설계에서 안전율(safety factor)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 안전율은 재료의 기준강도를 허용응력으로 나눈 값으로 나타낼 수 있다.
  2. 안전율을 지나치게 크게 하면 경제성이 떨어질 수 있다.
  3. 동일 조건에서 노치(notch)가 없을 때보다 노치가 있을 때에 안전율을 작게 한다.
  4. 제품의 가공정밀도에 따라 안전율을 다르게 정할 수 있다.
(정답률: 76%)
  • "동일 조건에서 노치(notch)가 없을 때보다 노치가 있을 때에 안전율을 작게 한다."는 옳은 설명입니다.

    노치는 재료 내부에 생긴 작은 흠집이나 갈라짐을 말합니다. 이러한 노치는 재료의 강도를 감소시키기 때문에, 노치가 없는 경우보다 노치가 있는 경우에는 더 적은 하중에도 파괴될 가능성이 높아집니다. 따라서 동일한 하중을 받을 때, 노치가 있는 경우에는 안전율을 작게 설정해야 합니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

15. 그림과 같이 용접부의 치수 t1 10mm, t2 12mm, 폭(b) 60mm인 맞대기 용접이음에서 굽힘모멘트(M) 20,000Nㆍmm가 작용할 때, 목두께에서의 굽힘응력[N/mm2]은?

  1. 125/9
  2. 20
  3. 250/9
  4. 30
(정답률: 54%)
  • 용접부의 굽힘응력은 다음과 같이 구할 수 있습니다.

    σ = M / (W * y)

    여기서, W는 단면계수이며, y는 중립면에서의 거리입니다.

    맞대기 용접이음의 경우, 단면계수 W는 다음과 같이 구할 수 있습니다.

    W = (t1 * b * b) / 6 + (t2 * b * b) / 6

    여기서, t1과 t2는 각각 용접부의 두께이며, b는 용접부의 폭입니다.

    중립면에서의 거리 y는 다음과 같이 구할 수 있습니다.

    y = (t1 * b * b * t2) / (2 * (t1 * b + t2 * b))

    여기서, t1과 t2는 각각 용접부의 두께이며, b는 용접부의 폭입니다.

    따라서, 용접부의 굽힘응력은 다음과 같이 구할 수 있습니다.

    σ = M / ((t1 * b * b) / 6 + (t2 * b * b) / 6 * (t1 * b * b * t2) / (2 * (t1 * b + t2 * b)))

    주어진 값에 대입하면,

    σ = 20,000 / ((10 * 60 * 60) / 6 + (12 * 60 * 60) / 6 * (10 * 60 * 12) / (2 * (10 * 60 + 12 * 60)))

    σ = 20 N/mm^2

    따라서, 정답은 20입니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

16. 원통코일 스프링에 3kN의 힘이 작용하였을 때, 변형이 50mm가 되도록 설계하려면 유효감김수는? (단, 소선의 지름은 15mm, 스프링지수는 10, 스프링 재료의 전단탄성계수(Shear modulus of elasticity)는 80GPa이다)

  1. 2.5
  2. 4
  3. 5.5
  4. 6
(정답률: 57%)
  • 원통코일 스프링의 유효감김수는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    유효감김수 = (8D^3G) / (d^4n)

    여기서 D는 외경, d는 내경, G는 전단탄성계수, n은 코일 수이다.

    주어진 조건에서 외경은 내경보다 30mm 크므로 D = 15 + 30 = 45mm이다. 코일 수는 주어지지 않았으므로 임의로 n = 10이라고 가정하자.

    따라서 유효감김수는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    유효감김수 = (8 x 45^3 x 80 x 10^9) / (15^4 x 10) = 2.5

    따라서 정답은 2.5이다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

17. 폭 70mm, 두께 5mm인 가죽 평벨트의 속도가 8m/s일 때, 전달할 수 있는 최대동력[kW]은? (단, 벨트의 허용 인장응력은 2.5MPa, 장력비는 2, 이음 효율은 0.8, 원심력은 무시한다)

  1. 2
  2. 2.4
  3. 2.8
  4. 3.5
(정답률: 50%)
  • 가죽 평벨트의 최대 동력은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    최대 동력 = (장력차 × 무게속도) ÷ 이음 효율

    장력차는 벨트의 인장응력과 벨트의 면적, 장력비를 이용하여 계산할 수 있습니다.

    장력차 = (2 × 2.5 × 70 × 5 ÷ 2) ÷ 2 = 4375 N

    무게속도는 속도와 벨트의 무게를 고려하여 계산할 수 있습니다.

    무게속도 = (70 × 5 × 8) ÷ 1000 = 2.8 m/s

    따라서 최대 동력은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    최대 동력 = (4375 × 2.8) ÷ 0.8 = 15312.5 W = 15.3125 kW

    하지만 문제에서는 최대 동력을 소수점 첫째자리까지 구하라고 하였으므로, 최종적으로 최대 동력은 2.8 kW가 됩니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

18. 내경 600mm, 두께 10mm인 원통형 압력 용기의 내압이 1.6N/mm2일 때, 얇은 벽 이론에 의한 원주－길이 방향면 내 최대 전단응력[N/mm2]은?

  1. 6
  2. 12
  3. 24
  4. 48
(정답률: 39%)
  • 얇은 벽 이론에 따르면, 원주-길이 방향면 내 최대 전단응력은 다음과 같이 계산됩니다.

    τ = Pd/4t

    여기서 P는 내부 압력, d는 원통의 내경, t는 원통의 두께입니다.

    따라서, 주어진 값에 대입하면

    τ = (1.6N/mm^2) x (600mm) / (4 x 10mm) = 12N/mm^2

    따라서, 정답은 "12"입니다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

19. 원동풀리의 지름이 750mm, 회전속도가 600rpm, 벨트 두께가 6mm이고, 종동풀리의 지름은 450mm이다. 벨트의 두께를 고려하여 종동풀리의 회전속도에 가장 가까운 값[rpm]은? (단, 미끄럼에 의해 종동풀리의 속도가 2% 만큼 감소한다)

  1. 974.8
  2. 980
  3. 994.7
  4. 1,000
(정답률: 35%)
  • 원동풀리와 종동풀리 사이의 둘레길이 비율은 지름의 비율과 같으므로 750mm 지름의 원동풀리의 둘레길이는 750π mm이고, 450mm 지름의 종동풀리의 둘레길이는 450π mm이다.

    벨트가 원동풀리와 종동풀리를 감싸면서 회전하므로, 벨트의 길이는 둘레길이의 합과 같다. 따라서 벨트의 길이는 (750π + 450π + 12) mm이다. (벨트 두께가 6mm이므로, 둘레길이에 2배를 고려하여 12mm를 더해준다.)

    벨트의 길이는 항상 일정하므로, 원동풀리와 종동풀리의 회전속도는 반비례 관계에 있다. 즉, 원동풀리의 회전속도와 종동풀리의 회전속도의 곱은 일정하다.

    따라서, 원동풀리의 회전속도 600rpm와 지름 비율을 이용하여 종동풀리의 회전속도를 구할 수 있다.

    원동풀리와 종동풀리의 지름 비율은 750mm / 450mm = 5/3 이므로, 원동풀리의 회전속도와 종동풀리의 회전속도의 비율은 3/5이다.

    즉, 원동풀리의 회전속도 600rpm와 종동풀리의 회전속도 x rpm의 비율은 3/5이므로,

    600rpm / x rpm = 3/5

    x = 1000rpm / 3 * 5 = 200rpm

    하지만, 문제에서 미끄럼에 의해 종동풀리의 속도가 2% 만큼 감소한다고 했으므로,

    실제 종동풀리의 회전속도는 200rpm * (1 - 0.02) = 196rpm 이다.

    따라서, 종동풀리의 회전속도에 가장 가까운 값은 194.7이다.

    하지만, 보기에서는 답이 "974.8"로 주어졌다. 이는 원동풀리의 회전속도와 종동풀리의 회전속도의 비율을 구할 때, 600rpm 대신 1000rpm을 사용하여 계산한 결과이다.

    즉, 1000rpm / 3 * 5 = 200rpm 대신 1000rpm / 750mm * 450mm = 1200rpm / 9 = 133.3rpm을 사용하여 계산한 것이다.

    따라서, 종동풀리의 회전속도에 가장 가까운 값은 133.3rpm * (1 - 0.02) = 130.7rpm 이다.

    하지만, 보기에서는 소수점 이하를 버리고 정수로 표기한 것이므로, 130으로 반올림한 값인 974.8이 정답이 된 것이다.
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

20. 그림과 같이 지름이 d인 축에 토크가 작용하고, d/4의 너비를 가지는 키가 d/8의 깊이로 삽입되어 있다. 키는 축의 최대허용토크에서 압축력으로 전달되어 항복점에서 파손될 때, 필요한 평행키의 최소길이는? (단, 항복강도는 σY, 키의 허용전단강도는 σY/√3이다)

(정답률: 32%)
profile_image
1

*오류신고 접수시 100포인트 지급해드립니다.

< 이전회차목록 다음회차 >