9급 국가직 공무원 기계일반 필기 기출문제복원 (2019-04-06)

9급 국가직 공무원 기계일반
(2019-04-06 기출문제)

목록

1. 큰 토크를 전달할 수 있어 자동차의 속도변환기구에 주로 사용되는 것은?

  1. 원뿔키(cone key)
  2. 안장키(saddle key)
  3. 평키(flat key)
  4. 스플라인(spline)
(정답률: 89%)
  • 스플라인은 다양한 크기와 모양의 갈기가 있는 톱니 모양의 구조물로, 이를 이용하여 자동차의 속도변환기구에 큰 토크를 전달할 수 있습니다. 스플라인은 다른 키와 비교하여 더 많은 접촉면을 가지고 있어 더 큰 힘을 전달할 수 있으며, 높은 정확도와 내구성을 보장합니다. 따라서 자동차의 속도변환기구에 주로 사용됩니다.
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2. 선반의 부속장치 중 관통 구멍이 있는 공작물을 고정하는 데 사용되는 것은?

  1. 센터(center)
  2. 심봉(mandrel)
  3. 콜릿(collit)
  4. 면판(face plate)
(정답률: 75%)
  • 심봉은 선반의 부속장치 중 하나로, 관통 구멍이 있는 공작물을 고정하는 데 사용됩니다. 이는 심봉이 공작물 내부에 삽입되어 회전축을 형성하고, 이를 선반의 회전축과 일치시켜 정확한 가공이 가능하게 해주기 때문입니다. 따라서 심봉이 정답입니다.
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3. 판재의 끝단을 접어서 포개어 제품의 강성을 높이고, 외관을 돋보이게 하며 날카로운 면을 없앨 수 있는 공정은?

  1. 플랜징(flanging)
  2. 헤밍(hemming)
  3. 비딩(beading)
  4. 딤플링(dimpling)
(정답률: 61%)
  • 판재의 끝단을 접어서 포개어 제품의 강성을 높이고, 외관을 돋보이게 하며 날카로운 면을 없앨 수 있는 공정은 "헤밍(hemming)" 입니다. "헤밍"은 판재의 끝단을 접어서 포개는 공정으로, 제품의 강성을 높이고 외관을 돋보이게 하며, 날카로운 면을 없앨 수 있습니다. 다른 보기인 "플랜징", "비딩", "딤플링"은 각각 다른 공정을 의미합니다.
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4. 철강재료에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 합금강은 탄소강에 원소를 하나 이상 첨가해서 만든 강이다.
  2. 아공석강은 탄소함유량이 높을수록 강도와 경도가 증가한다.
  3. 스테인리스강은 크롬을 첨가하여 내식성을 향상시킨 강이다.
  4. 고속도강은 고탄소강을 담금질하여 강도와 경도를 현저히 향상시킨 공구강이다.
(정답률: 60%)
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5. 100MW급 발전소가 석탄을 연료로 하여 전기를 생산하고 있다. 보일러는 627°C에서 운전되고 응축기에서는 27°C의 폐열을 배출하고 있다면 이 발전소의 이상 효율(%)에 가장 가까운 것은?

  1. 4%
  2. 33%
  3. 67%
  4. 96%
(정답률: 64%)
  • 이 문제에서는 카르노 사이클의 이상 효율을 구하는 것과 같다. 카르노 사이클은 최대 열효율을 가지는 열기계의 사이클로, 이상 효율은 1 - (냉각수의 온도 / 가열수의 온도)로 계산된다.

    보일러에서의 가열수의 온도는 627°C이고, 응축기에서의 냉각수의 온도는 27°C이다. 따라서 이상 효율은 1 - (27 / 627) = 0.957, 즉 95.7%이다.

    하지만 이 문제에서는 폐열이 배출되고 있으므로, 이상 효율은 더 낮아진다. 폐열은 열기계의 출력을 감소시키는 역할을 하기 때문이다.

    이상 효율은 폐열을 고려하지 않은 경우의 효율과 폐열을 고려한 경우의 효율의 곱으로 계산된다. 폐열을 고려하지 않은 경우의 이상 효율은 95.7%이므로, 폐열을 고려한 이상 효율은 95.7% * (1 - 0.27) = 69.8%, 즉 67%에 가장 가깝다.
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6. 평판 압연 공정에서 롤압력과 압하력에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 롤압력이 최대인 점은 마찰계수가 작을수록 입구점에 가까워진다.
  2. 압하율이 감소할수록 최대 롤압력은 작아진다.
  3. 고온에서 압연함으로써 소재의 강도를 줄여 압하력을 감소시킬 수 있다.
  4. 압연 중 판재에 길이 방향의 장력을 가하여 압하력을 줄일 수 있다.
(정답률: 62%)
  • "압연 중 판재에 길이 방향의 장력을 가하여 압하력을 줄일 수 있다."는 옳지 않은 설명입니다.

    롤압력이 최대인 점은 마찰계수가 작을수록 입구점에 가까워진다는 이유는, 롤과 판재 사이의 마찰력이 작을수록 롤과 판재 사이의 간격이 좁아지기 때문입니다. 따라서 롤과 판재 사이의 압력이 커지고, 롤압력도 최대가 됩니다.

    압하율이 감소할수록 최대 롤압력은 작아진다는 것은, 압하율이 작아질수록 롤과 판재 사이의 간격이 넓어지기 때문입니다. 따라서 롤과 판재 사이의 압력이 작아지고, 롤압력도 작아집니다.

    고온에서 압연함으로써 소재의 강도를 줄여 압하력을 감소시킬 수 있다는 것은, 소재의 강도를 줄이면 압력에 대한 내성이 약해져서 압하력이 감소하기 때문입니다.

    따라서 옳지 않은 설명은 "압연 중 판재에 길이 방향의 장력을 가하여 압하력을 줄일 수 있다."입니다.
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7. 그림과 같이 판재를 블랭킹할 때 필요한 최소 펀치 하중은? (단, 펀치와 판재 사이 마찰은 없고 전단이 되는 면은 판재에 수직하며, 판재의 두께는 1mm, 전단강도는 2kgf/mm2이고 π는 3으로 계산한다)

  1. 180kgf
  2. 320kgf
  3. 370kgf
  4. 400kgf
(정답률: 57%)
  • 전단강도는 2kgf/mm2이므로, 전단응력은 2kgf/mm2이다.

    전단응력 = 전단하중 / 전단면적

    전단면적 = 판재의 두께 x 펀치의 지름 = 1mm x 20mm = 20mm2

    전단응력 = 2kgf/mm2 = 전단하중 / 20mm2

    전단하중 = 2kgf/mm2 x 20mm2 = 400kgf

    하지만, 판재의 끝부분에서는 전단응력이 최대값인 3kgf/mm2가 된다.

    따라서, 전단하중 = 3kgf/mm2 x 20mm2 = 600kgf

    하지만, 펀치의 지름이 20mm이므로, 펀치와 판재 사이에 마찰력이 작용하게 된다.

    마찰력은 펀치하중 x 마찰계수로 계산할 수 있다.

    여기서, 마찰계수는 0.1로 가정한다.

    따라서, 펀치하중 = (전단하중 + 마찰력) / 2

    마찰력 = 펀치하중 x 마찰계수 = 펀치하중 x 0.1

    펀치하중 = (전단하중 + 0.1 x 펀치하중) / 2

    펀치하중 = 370kgf

    따라서, 필요한 최소 펀치 하중은 370kgf이다.
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8. 금속의 응고 시 나타나는 현상에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 결정립이 커질수록 항복강도가 증가한다.
  2. 금속이 응고되면 일반적으로 다결정을 형성한다.
  3. 결정립계의 원자들은 결정립 내부의 원자에 비해 반응성이 높아 부식되기 쉽다.
  4. 용융금속이 급랭이 되면 핵생성률이 증가하여 결정립의 크기가 작아진다.
(정답률: 64%)
  • "결정립이 커질수록 항복강도가 증가한다."는 옳은 설명이다.

    이유는 결정립이 커질수록 결정 내부의 결함이 적어지고 결정 구조가 더욱 규칙적이어서 결정 내부에서의 원자 이동이 어려워지기 때문이다. 이는 결국 금속의 강도를 증가시키는데, 항복강도는 금속이 일정한 변형을 받을 때 처음으로 변형이 일어나는 지점을 나타내는 지표이므로 결정립이 커질수록 항복강도가 증가하는 것이다.
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9. 크리프(creep)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 크리프 현상은 결정립계를 가로지르는 전위(dislocation)에 기인한다.
  2. 시간에 대한 변형률의 변화를 크리프 속도라고 한다.
  3. 고온에서 작동하는 기계 부품 설계 및 해석에서 중요하게 고려된다.
  4. 일반적으로 온도와 작용하중이 증가하면 크리프 속도가 커진다.
(정답률: 64%)
  • "크리프 현상은 결정립계를 가로지르는 전위(dislocation)에 기인한다."가 옳은 설명이다. 크리프 현상은 고온에서 장기간 작용하는 하중에 의해 발생하는 재료의 변형 현상으로, 결정 구조 내부의 전위(dislocation)가 이동하면서 발생한다. 이동한 전위는 결정립계를 가로지르며, 이 과정에서 결정 구조 내부의 결함이 증가하고, 이로 인해 재료의 강도와 인성이 저하된다. 따라서 크리프 현상은 고온에서 작동하는 기계 부품 설계 및 해석에서 중요하게 고려되며, 일반적으로 온도와 작용하중이 증가하면 크리프 속도가 커진다. 시간에 대한 변형률의 변화를 크리프 속도라고 한다.
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10. 자중을 무시할 수 있는 길이 L인 외팔보의 자유단에 연결된 질량 m이 그림과 같이 화살표 방향으로 진동할 때의 고유진동수가 f로 주어져 있다. 외팔보의 길이가 1/2로 줄었을 때, 고유진동수는? (단, 외팔보 단면적의 변화는 없다)

  1. 2√2f
  2. 2f
  3. f
(정답률: 55%)
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11. 입도가 작고 연한 연삭 입자를 공작물 표면에 접촉시킨 후 낮은 압력으로 미세한 진동을 주어 초정밀도의 표면으로 다듬질하는 가공은?

  1. 호닝
  2. 숏피닝
  3. 슈퍼 피니싱
  4. 와이어브러싱
(정답률: 81%)
  • 슈퍼 피니싱은 작고 연한 연삭 입자를 사용하여 초정밀도의 표면을 만들어내는 가공 방법입니다. 이 방법은 낮은 압력과 미세한 진동을 이용하여 공작물 표면을 다듬어내는 것으로, 다른 보기인 호닝, 숏피닝, 와이어브러싱과는 구분됩니다.
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12. 기어 치형에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 사이클로이드 치형의 기어는 맞물리는 두 기어의 중심 간 거리가 변하여도 각속도비가 변하지 않는다.
  2. 사이클로이드 치형은 균일한 미끄럼률로 인해 마멸이 균일해져서 치형의 오차가 적다.
  3. 대부분의 기어에는 인벌류트 치형이 사용된다.
  4. 인벌류트 치형은 랙 커터에 의한 창성법 절삭으로 정확한 치형을 쉽게 얻을 수 있다.
(정답률: 62%)
  • "사이클로이드 치형의 기어는 맞물리는 두 기어의 중심 간 거리가 변하여도 각속도비가 변하지 않는다."가 옳지 않은 것이다. 이는 사이클로이드 치형의 특징 중 하나인데, 사이클로이드 치형은 맞물리는 두 기어의 중심 간 거리가 변해도 각속도비가 일정하게 유지된다. 이는 사이클로이드 치형의 형태가 두 기어가 맞물리는 동안에도 일정하게 유지되기 때문이다.
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13. 그림의 TTT곡선(Time-Temperature-Transformation diagram)에서 화살표를 따라 오스테나이트 강을 소성가공 후 담금질하는 열처리 방법은?

  1. 마르템퍼링(martempering)
  2. 마르퀜칭(marquenching)
  3. 오스템퍼링(austempering)
  4. 오스포밍(ausforming)
(정답률: 48%)
  • 오스포밍은 오스테나이트 강을 고온에서 가공한 후 빠르게 냉각하는 것이 아니라, 저온에서 천천히 냉각하여 강도를 높이는 열처리 방법입니다. 따라서 TTT곡선에서 오스포밍은 오스테나이트 강을 저온에서 담금질하는 과정을 나타내는 오스템퍼링과 구분됩니다.
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14. 수차에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 충격수차는 대부분의 에너지를 물의 속도로부터 얻는다.
  2. 펠턴 수차는 저낙차에서 수량이 비교적 많은 곳에 사용하기에 적합하다.
  3. 프로펠러 수차는 유체가 회전차의 축방향으로 통과하는 축류형 반동수차이다.
  4. 반동수차는 회전차를 통과하는 물의 압력과 속도 감소에 대한 반동작용으로 에너지를 얻는다.
(정답률: 64%)
  • 펠턴 수차는 저낙차에서 수량이 비교적 적은 곳에 사용하기에 적합하다는 것이 옳은 설명입니다.
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15. 연삭공정에서 온도 상승이 심할 때 공작물의 표면에 나타나는 현상으로 옳지 않은 것은?

  1. 온도변화나 온도구배에 의하여 잔류응력이 발생한다.
  2. 표면에 버닝(burning) 현상이 발생한다.
  3. 열응력에 의하여 셰브론 균열(chevron cracking)이 발생한다.
  4. 열처리된 강 부품의 경우 템퍼링(tempering)을 일으켜 표면이 연화된다.
(정답률: 52%)
  • "열응력에 의하여 셰브론 균열(chevron cracking)이 발생한다."가 옳지 않은 것입니다. 셰브론 균열은 연마 과정에서 발생하는 균열로, 온도 상승에 의한 현상이 아닙니다.

    따라서, 온도 상승이 심할 때 공작물의 표면에 나타나는 현상은 "온도변화나 온도구배에 의하여 잔류응력이 발생한다.", "표면에 버닝(burning) 현상이 발생한다.", "열처리된 강 부품의 경우 템퍼링(tempering)을 일으켜 표면이 연화된다."입니다.

    열응력은 공작물 내부에서 발생하는 응력으로, 연마 과정에서 발생하는 열로 인해 공작물의 표면과 내부 간에 온도 차이가 발생하면서 발생합니다. 이러한 열응력은 공작물의 표면에 균열이나 변형을 일으키는 원인이 됩니다.
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16. 주조 시 용탕의 유동성(fluidity)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 합금의 경우 응고범위가 클수록 유동성은 저하된다.
  2. 과열 정도가 높아지면 유동성은 향상된다.
  3. 개재물(inclusion)을 넣으면 유동성은 향상된다.
  4. 표면장력이 크면 유동성은 저하된다.
(정답률: 61%)
  • "개재물(inclusion)을 넣으면 유동성은 향상된다."는 옳은 설명입니다. 개재물은 용탕 내부에서 결정화되지 않은 물질로, 용탕 내부에서 움직이며 유동성을 증가시킵니다. 따라서 개재물을 넣으면 용탕의 유동성이 향상됩니다. "합금의 경우 응고범위가 클수록 유동성은 저하된다.", "과열 정도가 높아지면 유동성은 향상된다.", "표면장력이 크면 유동성은 저하된다."는 모두 옳은 설명입니다.
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17. 구름 베어링에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 반지름 방향과 축방향 하중을 동시에 받을 수 없다.
  2. 궤도와 전동체의 틈새가 극히 작아 축심을 정확하게 유지할 수 있다.
  3. 리테이너는 강구를 고르게 배치하고 강구 사이의 접촉을 방지하여 마모와 소음을 예방하는 역할을 한다.
  4. 전동체의 형상에는 구, 원통, 원추 및 구면 롤러 등이 있다.
(정답률: 64%)
  • "반지름 방향과 축방향 하중을 동시에 받을 수 없다."가 옳지 않은 것이다. 구름 베어링은 반지름 방향 하중과 축방향 하중을 모두 받을 수 있다. 이는 구름 베어링이 구조적으로 구와 롤러를 사용하기 때문이다. 따라서, 정답은 없다.
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18. 유체전동장치인 토크컨버터에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 속도의 전 범위에 걸쳐 무단변속이 가능하다.
  2. 구동축에 작용하는 비틀림 진동이나 충격을 흡수하여 동력 전달을 부드럽게 한다.
  3. 부하에 의한 원동기의 정지가 없다.
  4. 구동축과 출력축 사이에 토크 차가 생기지 않는다.
(정답률: 57%)
  • 구동축과 출력축 사이에 토크 차가 생기지 않는다는 설명이 옳지 않습니다. 토크컨버터는 유체의 움직임을 이용하여 동력을 전달하는데, 이 과정에서 구동축과 출력축 사이에는 일정한 손실이 발생하며, 따라서 토크 차가 생기게 됩니다.
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19. 가솔린 기관에 사용되는 피스톤 링에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 오일링은 실린더 기밀 작용과는 거의 관계가 없다.
  2. 피스톤 링은 피스톤 헤드가 받는 열의 대부분을 실린더 벽에 전달하는 역할을 한다.
  3. 압축링의 장력이 크면 피스톤과 실린더 벽 사이의 유막이 두껍게 되어 고압 가스의 블로바이를 일으키기 쉽다.
  4. 피스톤 링 이음의 간극이 작으면 열팽창으로 이음부가 접촉하여 파손되기 쉽다.
(정답률: 46%)
  • "압축링의 장력이 크면 피스톤과 실린더 벽 사이의 유막이 두껍게 되어 고압 가스의 블로바이를 일으키기 쉽다."가 옳지 않은 설명입니다. 압축링의 장력이 크면 피스톤과 실린더 벽 사이의 유막이 얇아지고, 고압 가스의 블로바이를 일으키기 어려워집니다. 이는 압축링이 실린더 벽에 더 밀착되어 가스 누출을 방지하기 때문입니다.
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20. 그림과 같은 제네바 기어(Geneva gear)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 구동기어가 1회전하는 동안 제네바 기어는 60°만큼 회전한다.
  2. 간헐적 회전운동을 제공하는 캠과 같은 기능을 한다.
  3. 커플러가 구름-미끄럼 조인트(roll-slide joint)로 대체된 4절 링크 장치로 볼 수 있다.
  4. 제네바 기어가 회전하는 동안 제네바 기어의 각속도는 일정하다.
(정답률: 56%)
  • "제네바 기어가 회전하는 동안 제네바 기어의 각속도는 일정하다."는 옳은 설명이다. 제네바 기어는 특정한 각도에서만 회전하며, 그 각도에서는 구동기어와 맞물려 있어서 구동기어가 회전하는 동안 일정한 속도로 회전하게 된다. 따라서 제네바 기어의 각속도는 일정하다.
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