9급 지방직 공무원 서울시 기계일반 필기 기출문제복원 (2017-06-24)

9급 지방직 공무원 서울시 기계일반
(2017-06-24 기출문제)

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1. 축은 절삭하지 않고 보스(boss)에만 홈을 파서 마찰력으로 고정시키는 키(key)로서, 축의 임의 부분에 설치가 가능한 키는?

  1. 묻힘 키(sunk key)
  2. 평 키(flat key)
  3. 반달 키(woodruff key)
  4. 안장 키(saddle key)
(정답률: 74%)
  • 안장 키는 축의 표면에 홈을 파서 마찰력으로 고정시키는 키로서, 축의 임의 부분에 설치가 가능합니다. 이는 축의 움직임을 제한하고 회전력을 전달하는 역할을 하기 때문에, 축과 부품 간의 안정적인 연결을 보장할 수 있습니다. 따라서 축의 임의 부분에 설치가 가능한 안장 키가 정답입니다.
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2. 회전수 4,000rpm에서 최대 토크가 70kgf⋅m로 계측된 축의 축마력으로 가장 근접한 값은?

  1. 195.53PS
  2. 297.23PS
  3. 391.06PS
  4. 401.23PS
(정답률: 60%)
  • 축마력은 다음과 같이 계산됩니다.

    축마력 = 회전수 × 토크 ÷ 716.2

    여기서 회전수는 4,000rpm, 토크는 70kgf⋅m이므로,

    축마력 = 4,000 × 70 ÷ 716.2 = 391.06PS

    따라서 정답은 "391.06PS"입니다.
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3. 그림은 마이크로미터의 측정 눈금을 나타낸 것이다. 측정값은?

  1. 1.35mm
  2. 1.85mm
  3. 7.35mm
  4. 7.80mm
(정답률: 77%)
  • 그림에서 눈금 한 칸은 0.1mm를 나타내므로, 측정값은 7.3mm에서 0.5mm를 더한 7.80mm가 된다.
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4. 발전용량이 100MW이고 천연가스를 연료로 사용하는 발전소에서 보일러는 527℃에서 운전되고 응축기에서는 27℃로 폐열을 배출한다. 카르노 효율 개념으로 계산한 보일러의 초당 연료 소비량은? (단, 천연가스의 연소열은 20MJ/kg이다.)

  1. 8kg/s
  2. 16kg/s
  3. 48kg/s
  4. 60kg/s
(정답률: 52%)
  • 카르노 효율은 1- (T2/T1)으로 계산된다. 여기서 T1은 보일러의 온도, T2는 응축기의 온도이다. 따라서 카르노 효율은 1- (300/800) = 0.625이다. 이 효율은 보일러가 가용한 최대 효율이며, 이를 이용하여 보일러의 초당 연료 소비량을 계산할 수 있다.

    100MW의 발전소에서는 초당 100,000,000J의 열을 생성한다. 이 열은 카르노 효율에 따라 다음과 같이 분배된다.

    - 보일러에서 생성된 열: 100,000,000 x 0.625 = 62,500,000J/s
    - 응축기에서 배출된 열: 100,000,000 - 62,500,000 = 37,500,000J/s

    보일러에서 생성된 62,500,000J의 열은 천연가스의 연소열을 이용하여 다음과 같이 연료 소비량으로 환산할 수 있다.

    - 62,500,000J/s ÷ 20MJ/kg = 3.125kg/s

    따라서 보기에서 정답이 "8kg/s"인 이유는, 보일러에서 생성된 62,500,000J의 열을 만들기 위해서는 초당 8kg의 천연가스가 필요하다는 것이다.
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5. 타이어의 외경이 0.6m인 자동차가 36km/h의 속도로 달리고 있다. 다음 중 타이어의 회전 각속도는? (단, 타이어는 강체로 가정한다.)

  1. 4rps
  2. (100/3)rad/s
  3. 120rad/s
  4. 360rpm
(정답률: 62%)
  • 속도(v) = 반지름(r) x 회전각속도(w) 이므로, w = v/r
    36km/h = 10m/s 이므로, w = 10/0.6 = 100/6 rad/s
    하지만, 문제에서는 간단명료하게 답을 요구하고 있으므로, 100/6을 최대한 간단하게 표현하면 (100/3)rad/s가 된다. 따라서 정답은 "(100/3)rad/s"이다.
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6. 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 공구에 진동을 주고, 공작물과 공구 사이에 연마입자를 넣어 공작물을 정밀하게 다듬질하는 가공방법은?

  1. 초음파가공
  2. 방전가공
  3. 전해연마
  4. 숏 피닝(shot peening)
(정답률: 74%)
  • 초음파가공은 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환하여 공구에 진동을 주고, 이를 이용해 공작물과 공구 사이에 연마입자를 넣어 정밀하게 다듬는 가공방법이기 때문입니다.
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7. 다음 중 펌프 내 캐비테이션에 대한 설명 중 옳은 것은?

  1. 펌프와 흡수면 사이의 거리가 너무 멀 때 발생한다.
  2. 물속의 어느 부분의 정압이 그 때의 물의 온도에 해당하는 증기압력 이상일 때 부분적으로 증기가 발생하는 현상이다.
  3. 펌프에 물이 저속으로 유량이 감소할 때 펌프 입구에서 발생한다.
  4. 양정곡선은 저하되나 효율곡선은 상승된다.
(정답률: 52%)
  • "펌프와 흡수면 사이의 거리가 너무 멀 때 발생한다."는 옳은 설명입니다. 이는 펌프가 물을 흡입할 때, 흡입구와 흡입면 사이의 거리가 멀어지면서 압력이 낮아지고, 이로 인해 물 분자들이 기체 상태로 변하면서 발생하는 캐비테이션 현상입니다. 이는 펌프의 성능을 저하시키고, 소음과 진동 등의 문제를 일으킬 수 있습니다. 따라서 펌프 설치 시 흡입면과 펌프 사이의 거리를 적절히 유지하는 것이 중요합니다.
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8. 다음 중 내연기관의 실린더 내에서 형성되는 압축비를 가장 잘 설명하는 것은?

  1. 행정체적과 간극체적의 합을 간극체적으로 나눈 값
  2. 행정체적을 간극체적으로 나눈 값
  3. 행정체적과 간극체적의 합을 행정체적으로 나눈 값
  4. 간극체적을 행정체적으로 나눈 값
(정답률: 64%)
  • 압축비는 실린더 내에서 피스톤이 움직이면서 압축되는 공기의 체적과 원래의 공기 체적인 간극체적의 비율을 나타내는 값입니다. 따라서 압축비는 행정체적과 간극체적의 합을 간극체적으로 나눈 값이 됩니다.
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9. 균일 분포하중 ω=10N/mm가 전 길이에 작용할 때, 길이 50cm인 단순지지보에 생기는 최대 전단력은?

  1. 0.25kN
  2. 2.5kN
  3. 25kN
  4. 250kN
(정답률: 76%)
  • 단순지지보에 작용하는 최대 전단력은 중심에서 가장 멀리 떨어진 지점에서 발생합니다. 이 지점에서의 최대 전단력은 최대 굽힘모멘트(M)을 최대 전단력(Q)로 나눈 값인 최대 전단응력(τ)과 같습니다.

    최대 굽힘모멘트(M)은 균일 분포하중이 작용하는 길이의 절반인 25cm에서의 모멘트로 계산할 수 있습니다. M = (1/2) x ω x L^2 = (1/2) x 10 x 0.25^2 = 0.3125 Nm

    최대 전단응력(τ)은 최대 굽힘모멘트(M)을 최대 전단력(Q)로 나눈 값으로 계산할 수 있습니다. τ = M / (W x Q)

    단순지지보의 단면적은 높이(h) x 너비(b)로 계산할 수 있습니다. 이 경우, 높이(h)는 보의 두께로 가정하고, 너비(b)는 보의 길이로 가정합니다. 따라서, 단면적(W) = h x b = 2 x 50 = 100 mm^2

    따라서, 최대 전단응력(τ) = M / (W x Q) = 0.3125 / (100 x Q) = 0.003125 / Q

    최대 전단응력(τ)은 재료의 허용 전단응력(τ_max)보다 작아야 합니다. 일반적으로, 강재의 허용 전단응력은 0.4 x 인장강도(σ_t)로 가정할 수 있습니다.

    따라서, τ_max = 0.4 x σ_t = 0.4 x 250 = 100 MPa = 100 N/mm^2

    최대 전단응력(τ)이 허용 전단응력(τ_max)보다 작아야 하므로,

    0.003125 / Q ≤ 100

    Q ≥ 0.00003125 Nm/mm^2

    최대 전단력(Q)는 최대 전단응력(τ)과 단면적(W)을 곱한 값으로 계산할 수 있습니다.

    Q = τ x W = 0.003125 / 100 = 0.00003125 N/mm^2 x 100 mm^2 = 0.003125 N

    따라서, 최대 전단력(Q) = 0.003125 N = 2.5 kN 입니다.
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10. 유리 바깥쪽 온도가 안쪽보다 3℃ 낮을 때, 가로 세로가 각각 1m, 2m이고 두께가 2mm인 유리를 통하여 1초당 바깥쪽으로 손실되는 열량은? (단, 유리의 열전도도는 0.8W/(m⋅℃)이다.)

  1. 2,350J
  2. 2,400J
  3. 2,450J
  4. 2,500J
(정답률: 65%)
  • 열전도율은 0.8W/(m⋅℃)이므로, 유리의 면적은 1m×2m=2m², 두께는 2mm=0.002m이다. 따라서 유리를 통해 1초당 손실되는 열량은 다음과 같다.

    Q = (열전도율) × (면적) × (온도차) ÷ (두께)
    = 0.8 × 2 × 3 ÷ 0.002
    = 2,400J

    따라서 정답은 "2,400J"이다.
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11. 그림은 지름이 d1=50mm와 d2=100mm인 실린더 피스톤에 유압이 작용하는 시스템을 나타낸 것이다. 작은 피스톤을 누르는 힘이 F1=25kN일 때 큰 피스톤을 밀어 올리는 힘(F2)은?

  1. 100kN
  2. 200kN
  3. 300kN
  4. 400kN
(정답률: 71%)
  • 유체의 체적 변화율은 일정하므로 작은 피스톤으로 인해 밀려나간 유체의 체적은 큰 피스톤에서 받아들여지는 체적과 같다. 따라서 F1/A1=F2/A2이 성립한다. 여기서 A1=πd12/4, A2=πd22/4 이므로 F2=F1×A2/A1=25×(100/4)/(50/4)=100(kN)이다. 따라서 정답은 "100kN"이다.
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12. 정반 위에 올려놓고 공작물에 평행선을 긋는 데에 사용하거나, 선반 작업 시 공작물의 중심을 맞출 때 사용하는 공구는?

  1. 디바이더(divider)
  2. 서피스게이지(surface gauge)
  3. 펀치(punch)
  4. 스크루 잭(screw jack)
(정답률: 83%)
  • 서피스게이지는 공작물의 표면을 측정하거나, 평행선을 그리거나, 중심을 맞출 때 사용하는 공구입니다. 따라서 정반 위에 올려놓고 공작물에 평행선을 긋는 데에 사용하거나, 선반 작업 시 공작물의 중심을 맞출 때 사용할 수 있습니다. 디바이더는 길이나 각도를 측정하는 데 사용되며, 펀치는 구멍을 뚫거나 표면을 눌러 모양을 만드는 데 사용됩니다. 스크루 잭은 높이를 조절하는 데 사용되며, 서피스게이지와는 용도가 다릅니다.
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13. 두 열원으로 구성되는 사이클 중에서 열효율이 최대인 카르노 사이클로 작동되는 열기관이 고온체에서 200kJ의 열을 받아들인다. 이 기관의 열효율이 30%라면 방출되는 열량은?

  1. 30kJ
  2. 60kJ
  3. 70kJ
  4. 140kJ
(정답률: 56%)
  • 카르노 사이클의 열효율은 다음과 같이 계산됩니다.

    열효율 = 1 - (저온체의 온도 / 고온체의 온도)

    여기서 고온체에서 받아들인 열량은 200kJ이고, 열효율이 30%이므로 저온체에서 방출되는 열량은 다음과 같이 계산됩니다.

    저온체에서 방출되는 열량 = 200kJ x (1 - 0.3) = 140kJ

    따라서 정답은 "140kJ"입니다.
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14. 비철금속인 구리, 아연, 알루미늄, 황동의 특성에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?

  1. 구리는 열과 전기의 전도율은 좋으나 기계적 강도가 낮다.
  2. 황동은 구리와 아연의 합금이며 주조와 압연이 용이하다.
  3. 아연은 비중이 2.7 정도로 알루미늄보다 가벼우며, 매우 연한 성질을 가지고 있다.
  4. 알루미늄은 공기나 물속에서 표면에 얇은 산화피막을 형성할 때 내부식성이 우수하다.
(정답률: 84%)
  • "아연은 비중이 2.7 정도로 알루미늄보다 가벼우며, 매우 연한 성질을 가지고 있다."가 옳지 않은 설명이 아닌 이유는, 아연은 비중이 2.7 정도로 알루미늄보다 가벼우며, 매우 경도가 높은 성질을 가지고 있다는 것이 맞기 때문입니다.
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15. 가스터빈의 기본 사이클로 옳은 것은?

  1. 랭킨 사이클(Rankine cycle)
  2. 오토 사이클(Otto cycle)
  3. 브레이튼 사이클(Brayton cycle)
  4. 카르노 사이클(Carnot cycle)
(정답률: 62%)
  • 가스터빈 사이클은 가스를 이용한 열기관의 기본 사이클로, 고온에서 가스를 압축하고, 압축된 가스를 고온에서 연소시켜 가열하고, 가열된 가스를 확장시켜 일을 추출하고, 추출된 일로 인해 낮은 온도로 가스를 냉각시키는 과정을 거칩니다. 이 중에서 가열과 냉각 단계에서 열을 주고 받는 것이 가스터빈 사이클의 특징입니다. 이 중에서 가열과 냉각 단계에서 열을 주고 받는 것이 가장 효율적인 브레이튼 사이클입니다. 브레이튼 사이클은 가스를 압축하고, 압축된 가스를 고온에서 연소시켜 가열하고, 가열된 가스를 확장시켜 일을 추출하고, 추출된 일로 인해 낮은 온도로 가스를 냉각시키는 과정을 거칩니다. 이 과정에서 가열과 냉각 단계에서 열을 주고 받는 것이 가장 효율적으로 이루어지기 때문에 가스터빈 사이클의 기본 사이클로 선택됩니다.
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16. 유체를 매개로 하여 동력을 전달하는 장치로 유체를 가득 채운 케이싱 내부에 임펠라(impeller)를 서로 마주보게 세워두고 회전력을 전달하는 장치는?

  1. 축압기
  2. 체크 밸브
  3. 유체 커플링
  4. 유압 실린더
(정답률: 72%)
  • 유체 커플링은 유체를 매개로 하여 동력을 전달하는 장치이기 때문입니다. 케이싱 내부에 있는 임펠라가 회전하면서 유체를 움직이고, 이를 통해 다른 장치에 동력을 전달합니다. 따라서 유체 커플링은 유체를 이용하여 동력을 전달하는 장치로서, 주어진 문맥에서 가장 적합한 답입니다.
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17. 재료의 조직 경도 크기를 큰 순서대로 나열한 것은?

  1. 시멘타이트 ＞ 오스테나이트 ＞ 페라이트 ＞ 펄라이트
  2. 오스테나이트 ＞ 시멘타이트 ＞ 페라이트 ＞ 펄라이트
  3. 시멘타이트 ＞ 펄라이트 ＞ 오스테나이트 ＞ 페라이트
  4. 펄라이트 ＞ 오스테나이트 ＞ 페라이트 ＞ 시멘타이트
(정답률: 72%)
  • 시멘타이트는 가장 경도가 높은 재료로, 탄소의 함량이 매우 높아서 매우 단단하다. 펄라이트는 탄소 함량이 낮아서 경도가 낮고, 오스테나이트는 열처리를 통해 경도를 높일 수 있는 재료이다. 따라서 시멘타이트 > 오스테나이트 > 페라이트 순으로 경도가 높아지며, 펄라이트는 가장 경도가 낮은 재료이다.
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18. 밀링 머신의 상향절삭에 대한 설명 중 옳은 것은?

  1. 칩이 잘 빠져나오지 않아 절삭에 방해가 된다.
  2. 커터의 회전방향과 공작물의 이송방향이 같다.
  3. 백래시(backlash) 제거장치가 필요하다.
  4. 하향절삭에 비해 커터의 수명이 짧고 동력 소비가 크다.
(정답률: 68%)
  • 상향절삭은 칩이 커터와 공작물 사이에 끼어있어 칩이 잘 빠져나오지 않아 절삭에 방해가 되기 때문에 하향절삭에 비해 커터의 수명이 짧고 동력 소비가 크다.
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19. 환봉모양의 구리합금 전극 사이에 모재를 겹쳐 놓고 전극으로 가압하면서 전류를 통할 때 발생하는 저항열로 접촉 부위를 국부적으로 가압하여 접합하는 방법으로 자동차, 가전제품 등 얇은 판의 접합에 사용되는 용접법은?

  1. 맞대기 용접(butt welding)
  2. 점 용접(spot welding)
  3. 심 용접(seam welding)
  4. 프로젝션 용접(projection welding)
(정답률: 59%)
  • 환봉모양의 구리합금 전극을 사용하여 모재를 가압하면서 전류를 통해 발생하는 저항열로 국부적으로 접합하는 방법이 점 용접입니다. 이 방법은 자동차, 가전제품 등 얇은 판의 접합에 많이 사용됩니다.
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20. 주형틀에 있는 왁스 원형 모델을 유출시켜 만든 주형을 이용한 주조 방법으로, 기계가공이 곤란한 경질합금, 밀링커터 및 가스터빈 블레이드 등을 제작할 때 사용하는 주조법은?

  1. 다이 캐스팅(die-casting)
  2. CO2법(CO2 process)
  3. 셸 몰드법(shell molding)
  4. 인베스트먼트법(investment process)
(정답률: 78%)
  • 인베스트먼트법은 왁스 원형 모델을 이용하여 만든 주형에 세라믹 슬러리를 코팅하고 건조시켜 내부에 형상을 만들어놓은 후, 이를 고온에서 구워 왁스를 제거하고 빈 공간에 금속을 주입하여 제작하는 주조 방법입니다. 이 방법은 왁스 모델을 이용하기 때문에 복잡한 형상도 쉽게 제작할 수 있으며, 표면의 부드러움과 정확한 치수를 보장할 수 있습니다. 따라서 기계가공이 곤란한 경질합금, 밀링커터 및 가스터빈 블레이드 등을 제작할 때 많이 사용됩니다.
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