9급 국가직 공무원 기계설계 필기 기출문제복원 (2023-04-08)

9급 국가직 공무원 기계설계 2023-04-08 필기 기출문제 해설

이 페이지는 9급 국가직 공무원 기계설계 2023-04-08 기출문제를 CBT 방식으로 풀이하고 정답 및 회원들의 상세 해설을 확인할 수 있는 페이지입니다.

9급 국가직 공무원 기계설계
(2023-04-08 기출문제)

목록

1과목: 과목 구분 없음

1. 기계설계 시 적용되는 기하공차 중 모양공차(form tolerance)가 아닌 것은?

  1. 직각도
  2. 평면도
  3. 진직도
  4. 원통도
(정답률: 77%)
  • 모양공차는 단일 요소의 형상만을 규제하는 공차로 평면도, 진직도, 원통도, 원형도가 해당합니다.

    오답 노트
    직각도: 요소 간의 상대적인 각도를 규제하는 자세공차에 해당합니다.
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2. 미끄럼베어링에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 구름베어링에 비해 기동마찰이 작다.
  2. 구름베어링에 비해 고속회전에 유리하다.
  3. 정압 미끄럼베어링이 동압 미끄럼베어링보다 설치비용이 적다.
  4. 급유가 용이한 곳에서는 주로 오일리스(oilless) 베어링을 사용한다.
(정답률: 78%)
  • 미끄럼베어링은 유막을 형성하여 회전하므로 구름베어링에 비해 고속회전에 매우 유리한 특성을 가집니다.

    오답 노트
    기동마찰: 구름베어링보다 큼
    정압 베어링: 외부 압력 장치가 필요하여 설치비용이 더 비쌈
    오일리스 베어링: 급유가 어려운 곳에서 사용함
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3. 유연성 커플링(flexible coupling)이 아닌 것은?

  1. 기어 커플링
  2. 그리드 커플링
  3. 롤러체인 커플링
  4. 분할원통 커플링
(정답률: 76%)
  • 커플링은 축의 정렬 오차를 허용하는 유연성 커플링과 그렇지 않은 고정 커플링으로 나뉩니다. 분할원통 커플링은 두 축을 단단히 고정하는 고정 커플링(Rigid Coupling)의 일종입니다.

    오답 노트
    기어, 그리드, 롤러체인 커플링: 축의 편심이나 각도 편차를 흡수할 수 있는 유연성 커플링입니다.
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4. 그림과 같은 단식 블록 브레이크에서 레버에 힘 F＝105N이 작용할 때, 제동토크[Nㆍmm]는? (단, D＝200mm, l1＝1,000mm, l2＝200mm, l3＝50mm, 마찰계수 μ＝0.2이다)

  1. 1,000
  2. 2,000
  3. 10,000
  4. 20,000
(정답률: 80%)
  • 레버의 모멘트 평형을 통해 브레이크 슈가 드럼을 누르는 힘 $P$를 구한 뒤, 제동토크 $T$를 계산합니다.
    ① [기본 공식] $P = F \times \frac{l_{1}}{l_{2} + l_{3}}, T = \mu P \times \frac{D}{2}$
    ② [숫자 대입] $P = 105 \times \frac{1000}{200 + 50} = 420, T = 0.2 \times 420 \times \frac{200}{2}$
    ③ [최종 결과] $T = 8400$ (단, 정답 10,000은 주어진 조건의 계산 방식 차이일 수 있으나 공식 기반 결과는 8,400임. 정답 10,000 도출을 위해 $P=500$가정 시 성립)
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5. 바깥지름이 8cm인 중공축에 축방향으로 8,400N의 하중을 가하여 4MPa의 압축응력이 발생하였을 때, 안지름[cm]은? (단, π＝3이다)

  1. 4
  2. 5
  3. 6
  4. 7
(정답률: 78%)
  • 압축응력 공식을 이용하여 중공축의 단면적을 구하고, 이를 통해 안지름을 산출합니다.
    ① [기본 공식] $\sigma = \frac{P}{A} = \frac{P}{\frac{\pi}{4}(D^{2} - d^{2})}$
    ② [숫자 대입] $4 \times 10^{6} = \frac{8400}{\frac{3}{4}(8^{2} - d^{2}) \times 10^{-4}}$
    ③ [최종 결과] $d = 6$
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6. 그림과 같이 볼트에 축하중 Q가 작용할 때 볼트 머리부의 전단응력은 볼트축 인장응력의 1/2이다. 이때 볼트 머리부의 높이(H)와 볼트 지름(d)의 비 는?

  1. 1/3
  2. 1/2
  3. 2/3
  4. 3/4
(정답률: 78%)
  • 볼트 머리부의 전단응력 $\tau$와 볼트축의 인장응력 $\sigma$의 관계를 이용하여 높이 $H$와 지름 $d$의 비를 구합니다. 전단 면적은 $\pi d H$, 인장 면적은 $\frac{\pi d^{2}}{4}$ 입니다.
    ① [기본 공식] $\tau = \frac{Q}{\pi d H}, \sigma = \frac{Q}{\frac{\pi d^{2}}{4}}, \tau = \frac{1}{2}\sigma$
    ② [숫자 대입] $\frac{Q}{\pi d H} = \frac{1}{2} \times \frac{4Q}{\pi d^{2}}$
    ③ [최종 결과] $\frac{H}{d} = \frac{1}{2}$
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7. 두께 5mm, 바깥지름 305mm인 원통형 압력용기의 원주방향 허용응력이 90MPa일 때, 용기 내 최대허용압력[MPa]에 가장 가까운 값은? (단, 박판 용기로 가정한다)

  1. 1.5
  2. 3.0
  3. 4.5
  4. 6.0
(정답률: 64%)
  • 박판 원통형 압력용기의 원주방향 응력(Hoop Stress) 공식을 사용하여 최대 허용 압력을 구합니다.
    ① [기본 공식] $\sigma = \frac{P \cdot d}{2t}$
    ② [숫자 대입] $90 = \frac{P \cdot 305}{2 \cdot 5}$
    ③ [최종 결과] $P = 2.96 \approx 3.0$ MPa
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8. 기계도면에서 데이텀에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 데이텀 삼각기호는 직각이등변 삼각형으로 표시할 수 있다.
  2. 공차 영역을 규제하기 위해 설정한 이론적으로 정확한 기하학적 기준이다.
  3. 공통 축직선 또는 중심평면이 데이텀인 경우 중심선에 데이텀 삼각기호를 붙인다.
  4. 데이텀의 우선순위를 지정할 때는 데이텀을 지시하는 문자를 우선순위가 높은 순서대로 같은 구획에 기입한다.
(정답률: 64%)
  • 데이텀의 우선순위를 지정할 때는 우선순위가 높은 순서대로 서로 다른 구획에 나누어 기입해야 합니다.

    오답 노트
    데이텀의 우선순위를 지정할 때는 데이텀을 지시하는 문자를 우선순위가 높은 순서대로 같은 구획에 기입한다 $\rightarrow$ 같은 구획이 아닌 서로 다른 구획에 기입함
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9. KS 재료 규격에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?(문제 오류로 가답안 발표시 4번으로 발표되었지만 확정답안 발표시 3, 4번이 정답처리 되었습니다. 여기서는 가답안인 4번을 누르시면 정답 처리 됩니다.)

  1. GC150: 회주철품으로 최저인장강도가 150N/mm2이다.
  2. SF340A: 탄소강 단강품으로 최저인장강도가 340N/mm2이다.
  3. SS400: 일반 구조용 압연 강재로 최저인장강도가 400N/mm2이다.
  4. SM20C: 기계구조용 탄소 강재로 최저인장강도가 20N/mm2이다.
(정답률: 75%)
  • KS 재료 규격에서 기호 뒤의 숫자는 일반적으로 최저 인장강도나 탄소 함유량을 나타냅니다.

    오답 노트
    SM20C: 기계구조용 탄소 강재로 최저인장강도가 $20\text{N/mm}^2$이다 $\rightarrow$ SM20C의 '20'은 탄소 함유량(약 0.20%)을 의미하며, 인장강도가 $20\text{N/mm}^2$인 것은 물리적으로 불가능한 매우 낮은 수치임
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10. 베어링 위에 설치한 윤활유 탱크로부터 베어링에 급유하고, 이때 흘러나온 윤활유는 펌프를 이용하여 탱크로 순환시키는 방식의 윤활법은?

  1. 링 윤활법
  2. 적하 윤활법
  3. 중력 윤활법
  4. 그리스 윤활법
(정답률: 73%)
  • 윤활유 탱크를 베어링 위에 설치하여 중력에 의해 자연스럽게 급유하고, 흘러나온 기름을 펌프로 다시 회수하여 순환시키는 방식은 중력 윤활법의 핵심 원리입니다.
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11. 축에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 비틀림 모멘트만을 받는 원형 중실축의 중심에서 전단응력은 없다.
  2. 바흐(Bach)의 축 설계조건은 굽힘모멘트를 받는 축의 강도설계에 사용된다.
  3. 축에 묻힘키를 사용하는 경우 축에 파여진 키홈의 영향으로 축의 강도가 저하된다.
  4. 같은 크기의 토크를 전달할 때, 중공축이 중실축에 비해 무게를 가볍게 할 수 있다.
(정답률: 58%)
  • 바흐(Bach)의 축 설계 조건은 굽힘모멘트와 비틀림모멘트를 동시에 받는 축의 강도 설계에 사용되는 조건입니다. 단순히 굽힘모멘트만을 받는 경우에 사용하는 것이 아니므로 옳지 않습니다.

    오답 노트
    비틀림 모멘트만을 받는 원형 중실축의 중심: 전단응력은 반지름에 비례하므로 중심($r=0$)에서 응력은 0입니다.
    묻힘키 사용: 키홈으로 인해 축의 단면적이 감소하여 강도가 저하됩니다.
    중공축: 재료를 효율적으로 배치하여 중실축보다 가벼우면서도 동일한 토크 전달 능력을 가질 수 있습니다.
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12. 안지름 200mm인 관 속을 흐르는 유체의 평균유량이 0.3m3/s일 때, 유체의 평균유속[m/s]은? (단, π＝3이다)

  1. 5
  2. 10
  3. 15
  4. 20
(정답률: 72%)
  • 유량은 단면적과 평균유속의 곱으로 정의됩니다. 주어진 관의 지름을 통해 단면적을 구한 후 유속을 산출합니다.
    ① [기본 공식] $v = \frac{Q}{A} = \frac{Q}{\frac{\pi d^2}{4}}$
    ② [숫자 대입] $v = \frac{0.3}{\frac{3 \times 0.2^2}{4}}$
    ③ [최종 결과] $v = 10$
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13. 볼나사(ball screw)의 특징으로 옳은 것만을 모두 고르면?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄹ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄷ, ㄹ
(정답률: 71%)
  • 볼나사는 나사 홈에 강구(ball)를 넣어 마찰을 줄인 장치로, 효율이 매우 높고 백래시가 작아 정밀 제어가 필요한 NC 공작기계나 자동차 조향장치에 사용됩니다.


    오답 노트
    고속 구동 시 소음이 발생할 수 있으며, 정밀 가공이 필요하여 가격이 비싸고 제작이 어렵습니다.
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14. 외접하는 두 평기어(spur gear)의 각속도 비가 1:3, 잇수 합이 80개, 모듈이 5mm일 때, 두 기어 사이의 중심거리[mm]는?

  1. 200
  2. 250
  3. 300
  4. 350
(정답률: 75%)
  • 두 기어의 중심거리는 각 기어 피치원 반지름의 합으로 계산합니다. 각속도 비가
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15. 벨트전동과 체인전동에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 벨트전동은 피동축에 과부하가 걸렸을 때 충격을 흡수할 수 있다.
  2. 벨트전동은 초기 장력이 필요 없는 반면 체인전동은 초기 장력이 필요하다.
  3. 벨트전동은 마찰에 의한 전동이며 체인전동은 맞물림에 의한 전동이다.
  4. 체인전동은 미끄럼이 없어 일정한 속도비를 얻을 수 있다.
(정답률: 84%)
  • 벨트전동은 마찰력을 이용하므로 미끄럼을 방지하기 위해 반드시 적절한 초기 장력이 필요합니다. 반면 체인전동은 톱니와 체인이 맞물려 돌아가는 방식이므로 벨트와 같은 형태의 초기 장력 개념이 필요하지 않습니다.

    오답 노트
    벨트전동은 미끄럼 발생 시 충격 흡수가 가능하며, 체인전동은 맞물림 전동으로 속도비가 일정합니다.
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16. 질량관성모멘트가 4kgㆍm2인 플라이휠이 부착된 전단기가 강판을 절단하여 회전속도가 2,400/πrpm에서 1,200/πrpm으로 감소하였을 경우 전단기가 한 일[kJ]은?

  1. 2.4
  2. 4.8
  3. 9.6
  4. 19.2
(정답률: 73%)
  • 회전하는 플라이휠의 회전 속도가 감소하면서 방출한 운동 에너지가 곧 전단기가 한 일이 됩니다. 회전 운동 에너지 공식 $\frac{1}{2} I \omega^2$의 차이를 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $W = \frac{1}{2} I (\omega_1^2 - \omega_2^2)$
    ② [숫자 대입] $W = \frac{1}{2} \times 4 \times (\frac{2400}{60\pi} \times 2\pi)^2 - (\frac{1200}{60\pi} \times 2\pi)^2$
    (각속도 $\omega = \frac{2\pi N}{60}$ 대입 시 $\omega_1 = 80 \text{ rad/s}, \omega_2 = 40 \text{ rad/s}$)
    $$W = 2 \times (80^2 - 40^2) = 2 \times (6400 - 1600) = 9600 \text{ J}$$
    ③ [최종 결과] $W = 9.6 \text{ kJ}$
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17. 두께가 10mm인 평벨트로 연결된 원동축 풀리와 종동축 풀리를 각각 300rpm, 200rpm으로 회전시키려고 할 때, 종동축 풀리의 지름[mm]은? (단, 원동축 풀리의 지름은 600mm이고 벨트 두께를 고려하며 벨트와 풀리 사이에 미끄럼은 없다)

  1. 895
  2. 900
  3. 905
  4. 910
(정답률: 74%)
  • 벨트 두께를 고려할 때, 유효 지름은 풀리 지름에 두께의 2배를 더해 계산합니다.
    ① [기본 공식] $D_1 N_1 = D_2 N_2$
    ② [숫자 대입] $(600 + 10 \times 2) \times 300 = (D_2 + 10 \times 2) \times 200$
    ③ [최종 결과] $D_2 = 905$
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18. 그림과 같이 질량관성모멘트가 J[kgㆍm2]인 강체 원판이 설치된 축에 주기적인 토크 T[Nㆍm]가 작용하여 비틀림 진동이 발생할 때, 위험속도[rpm]는? (단, 축의 길이는 l[m], 지름은 d[m], 전단탄성계수는 G[N/m2]이고, 축의 자중은 무시한다)

(정답률: 35%)
  • 비틀림 진동의 위험속도는 축의 비틀림 강성과 관성모멘트에 의해 결정됩니다. 축의 극관성모멘트 $I_p = \frac{\pi d^4}{32}$를 적용한 고유진동수 공식을 rpm 단위로 환산하면 가 도출됩니다.
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19. 내접원통마찰차에서 축간거리가 600mm, 원동차의 회전속도가 1,000rpm, 종동차의 회전속도가 250rpm, 마찰차를 밀어붙이는 힘이 600N일 때, 최대전달동력[W]은? (단, 마찰계수 μ＝0.2이다)

  1. 600π
  2. 800π
  3. 1,200π
  4. 1,600π
(정답률: 40%)
  • 마찰차의 최대전달동력은 마찰력과 속도 관계를 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $P = \mu \times P_n \times v = \mu \times P_n \times \frac{2 \pi N D}{60}$
    ② [숫자 대입] $P = 0.2 \times 600 \times \frac{2 \pi \times 1000 \times (600 \times \frac{250}{1000})}{60}$
    ③ [최종 결과] $P = 800 \pi$
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20. 와이어 로프에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 철 또는 강철의 철사를 꼬아서 만든다.
  2. 윈치, 기중기 등에서 동력을 전달할 때 사용된다.
  3. 와이어 로프를 거는 방법에는 연속식과 병렬식이 있다.
  4. 스트랜드의 꼬임과 소선의 꼬임이 반대 방향인 꼬임 방식은 랭꼬임이다.
(정답률: 80%)
  • 와이어 로프의 꼬임 방식 중 스트랜드의 꼬임 방향과 소선의 꼬임 방향이 같은 것을 랭꼬임, 반대인 것을 크롬프꼬임이라고 합니다.

    오답 노트
    스트랜드의 꼬임과 소선의 꼬임이 반대 방향인 방식: 크롬프꼬임입니다.
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