2008년 국가직 9급 기계일반 기출문제 풀이

2008년 국가직 9급 기계일반

2008. 4. 12. 시행 · 안 책형 · 기출문제

Q01

기계요소ㆍ키

성크키(묻힘키, sunk key)에 의한 축이음에서 축의 외주에 작용하는 접선력이 1 N일 때 키(key)에 작용하는 전단응력[N/m²]은? (단, 키의 치수는 10 mm × 8 mm × 100 mm이다)

• ① 1000

  정답입니다

  키의 전단면적은 폭 × 길이 = 10 × 100 = 1000 mm² = 10⁻³ m²입니다. 따라서 전단응력은 1/10⁻³ = 1000 N/m²입니다.

• ② 1250

  오답입니다
• ③ 2000

  오답입니다
• ④ 2500

  오답입니다

정답과 해설 보기

정답 ① 1000

키에 전달되는 접선력 F에 대한 전단응력은 τ = F/(bl)입니다. b = 0.01 m, l = 0.1 m이므로 τ = 1/(0.01 × 0.1) = 1000 N/m²입니다.

Q02

절삭가공ㆍ선반

선반을 이용하여 지름이 50 mm인 공작물을 절삭속도 196 m/min로 절삭할 때 필요한 주축의 회전수[rpm]는? (단, π는 3.14로 계산하고, 결과 값은 일의 자리에서 반올림한다)

• ① 1000

  오답입니다
• ② 1250

  정답입니다

  n = 1000V/(πD) = 196000/(3.14 × 50) ≈ 1248.4 rpm이므로 일의 자리에서 반올림하면 1250 rpm입니다.

• ③ 3120

  오답입니다
• ④ 3920

  오답입니다

정답과 해설 보기

정답 ② 1250

선반의 절삭속도 관계식 V = πDn/1000을 사용합니다. 따라서 n = 1000V/(πD) = 196000/157 ≈ 1248.4 rpm이며, 지시에 따라 1250 rpm으로 반올림합니다.

Q03

유체기계ㆍ펌프

다음 중 원심식 펌프에 해당하는 것만으로 묶은 것은?

• ① 피스톤 펌프, 플런저 펌프

  오답입니다

  피스톤 펌프와 플런저 펌프는 왕복식 용적형 펌프입니다.

• ② 벌류트 펌프, 터빈 펌프

  정답입니다

  벌류트 펌프와 터빈 펌프는 임펠러의 원심작용을 이용하는 원심식 펌프입니다.

• ③ 기어 펌프, 베인 펌프

  오답입니다

  기어 펌프와 베인 펌프는 회전식 용적형 펌프입니다.

• ④ 마찰 펌프, 제트 펌프

  오답입니다

  마찰 펌프와 제트 펌프는 특수 펌프에 속하며 원심식 펌프의 조합이 아닙니다.

정답과 해설 보기

정답 ② 벌류트 펌프, 터빈 펌프

원심식 펌프는 임펠러의 회전으로 유체에 속도에너지를 주고 이를 압력에너지로 바꿉니다. 대표 형식이 벌류트 펌프와 터빈 펌프입니다.

Q04

기구학ㆍ캠

캠의 압력각을 줄이기 위한 방법으로 적절한 것은?

• ① 기초원의 직경을 증가시키고 종동절의 상승량을 증가시킨다.

  오답입니다

  기초원 증가는 압력각을 줄이지만 상승량 증가는 압력각을 키우므로 두 효과가 서로 반대입니다.

• ② 기초원의 직경을 감소시키고 종동절의 상승량을 감소시킨다.

  오답입니다

  상승량 감소는 유리하지만 기초원 감소는 압력각을 키우므로 적절한 조합이 아닙니다.

• ③ 기초원의 직경을 증가시키고 종동절의 상승량을 감소시킨다.

  정답입니다

  기초원을 크게 하고 같은 운동 구간에서 종동절 상승량을 작게 하면 캠 윤곽의 기울기가 완만해져 압력각이 감소합니다.

• ④ 기초원의 직경을 감소시키고 종동절의 상승량을 증가시킨다.

  오답입니다

  기초원 감소와 상승량 증가는 모두 압력각을 증가시키는 방향입니다.

정답과 해설 보기

정답 ③ 기초원의 직경을 증가시키고 종동절의 상승량을 감소시킨다.

캠의 압력각은 종동절 변위 변화가 클수록 커지고, 기초원 반지름이 클수록 작아집니다. 따라서 기초원 직경 증가와 상승량 감소를 함께 적용합니다.

Q05

특수가공ㆍ표면다듬질

연마제를 압축 공기를 이용하여 노즐로 고속 분사시켜 고운 다듬질면을 얻는 가공법은?

• ① 액체 호닝

  정답입니다

  액체 호닝은 미세 연마입자를 혼합한 액체를 압축공기와 함께 노즐에서 고속 분사하여 표면을 다듬습니다.

• ② 래핑

  오답입니다

  래핑은 공작물과 랩 사이에 랩제를 넣고 상대운동시켜 정밀하게 다듬는 방식입니다.

• ③ 호닝

  오답입니다

  호닝은 숫돌을 회전·왕복 운동시켜 주로 구멍의 내면을 정밀 가공합니다.

• ④ 슈퍼피니싱

  오답입니다

  슈퍼피니싱은 미세 숫돌을 낮은 압력으로 접촉시키고 짧은 진동을 주어 표면을 다듬습니다.

정답과 해설 보기

정답 ① 액체 호닝

문장의 핵심은 ‘연마제’, ‘압축 공기’, ‘노즐’, ‘고속 분사’입니다. 이 특징은 액체 호닝(liquid honing, 습식 블라스팅)에 해당합니다.

Q06

재료ㆍ표면경화

침탄법과 질화법에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?

• ① 침탄법은 질화법에 비해 같은 깊이의 표면 경화를 짧은 시간에 할 수 있다.

  오답입니다

  침탄은 질화보다 처리온도가 높고 동일 깊이의 경화층을 비교적 빨리 얻을 수 있으므로 옳은 설명입니다.

• ② 질화법은 침탄법에 비해 변형이 적다.

  오답입니다

  질화는 변태점 이하의 비교적 낮은 온도에서 처리하므로 열처리 변형이 작습니다.

• ③ 질화법은 침탄법에 비해 경화층은 얇으나 경도가 높다.

  오답입니다

  질화층은 비교적 얇지만 질화물 형성으로 매우 높은 표면경도를 얻으므로 옳습니다.

• ④ 질화법은 질화 후 열처리가 필요하다.

  정답입니다

  질화는 보통 담금질 없이 질화 자체로 높은 경도를 얻으므로 질화 후 별도의 열처리가 필요하지 않습니다.

정답과 해설 보기

정답 ④ 질화법은 질화 후 열처리가 필요하다.

질화법은 약 500~550 ℃의 비교적 낮은 온도에서 질소를 침투시켜 경질 질화물을 만듭니다. 처리 후 담금질이 필요 없고 변형이 작다는 점이 주요 장점입니다.

Q07

기계요소ㆍ나사

다음 중 볼나사(ball screw)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

• ① 마찰계수가 극히 작아서 정확한 미세이송이 가능하다.

  오답입니다

  볼의 구름접촉으로 마찰이 작고 정밀한 이송이 가능하므로 옳습니다.

• ② 윤활은 아주 소량으로도 가능하다.

  오답입니다

  마찰이 작아 윤활유 소요량이 적은 편이므로 옳은 설명입니다.

• ③ 축 방향의 백래시를 작게 할 수 있다.

  오답입니다

  예압을 주어 축 방향 백래시를 매우 작게 만들 수 있습니다.

• ④ 미끄럼 나사보다 전달 효율이 상대적으로 낮다.

  정답입니다

  볼나사는 구름마찰을 이용하므로 미끄럼 나사보다 전달 효율이 훨씬 높습니다.

정답과 해설 보기

정답 ④ 미끄럼 나사보다 전달 효율이 상대적으로 낮다.

볼나사는 나사축과 너트 사이에 볼을 넣어 미끄럼마찰을 구름마찰로 바꾼 장치입니다. 마찰과 백래시가 작고 효율·정밀도가 높습니다.

Q08

재료역학ㆍ포아송비

단면이 원형이고 직경이 d인 막대의 길이(축)방향으로 인장하중이 작용하여 막대에 인장응력 σ가 생겼다면 이때 직경의 감소량을 나타내는 식은? (단, ν는 포아송의 비이고, G는 전단탄성계수이고, E는 영의 계수이다)

• ① νdG/σ

  오답입니다
• ② νσG/d

  오답입니다
• ③ νσd/E

  정답입니다

  축방향 변형률은 σ/E이고 횡변형률의 크기는 νσ/E이므로 직경 감소량은 d·νσ/E입니다.

• ④ νσE/d

  오답입니다

정답과 해설 보기

정답 ③ νσd/E

축방향 변형률 ε = σ/E, 횡변형률 εₜ = -νε이므로 직경 변화량의 크기는 |Δd| = dνε = νσd/E입니다.

Q09

자동차ㆍ배출가스

승용차의 엔진에 설치된 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 장치에 대한 설명으로 가장 적합한 것은?

• ① 흡기계통으로 배기가스의 일부를 재순환시켜 연소할 때의 최고 온도를 낮춤으로써 CO₂의 발생을 억제하는 장치이다.

  오답입니다

  EGR의 주목적은 CO₂ 억제가 아니라 고온에서 생성되는 질소산화물(NOx)의 억제입니다.

• ② 흡기계통으로 배기가스의 일부를 재순환시켜 연소할 때의 최고 온도를 낮춤으로써 NOₓ의 발생을 억제하는 장치이다.

  정답입니다

  불활성에 가까운 배기가스를 흡기로 되돌려 연소 최고온도를 낮추면 열적 NOx 생성이 감소합니다.

• ③ 촉매장치로 배기가스를 재순환시켜 CO와 HC의 함유량을 더 감소시키는 장치이다.

  오답입니다

  CO와 HC의 산화는 주로 산화촉매 또는 삼원촉매의 역할이며 EGR의 직접 목적이 아닙니다.

• ④ 흡기계통으로 배기가스의 일부를 재순환시켜 미연소된 배기가스를 재연소시켜 공해물질의 발생을 억제하는 장치이다.

  오답입니다

  EGR은 미연소가스를 다시 태우는 장치라기보다 연소온도를 낮춰 NOx를 줄이는 장치입니다.

정답과 해설 보기

정답 ② 흡기계통으로 배기가스의 일부를 재순환시켜 연소할 때의 최고 온도를 낮춤으로써 NOₓ의 발생을 억제하는 장치이다.

EGR은 배기가스 일부를 흡기계통으로 재순환시켜 혼합기의 비열을 높이고 산소농도를 낮춥니다. 그 결과 최고 연소온도가 내려가 NOx 생성이 억제됩니다.

Q10

금속재료ㆍ상변태

다음 중 응고 반응이 아닌 것은?

• ① 공석 반응

  정답입니다

  공석 반응은 하나의 고상이 냉각 중 두 고상으로 변하는 고상 변태이므로 액상이 관여하는 응고 반응이 아닙니다.

• ② 포정 반응

  오답입니다

  포정 반응은 액상과 고상이 반응하여 새로운 고상이 생기므로 응고 반응입니다.

• ③ 편정 반응

  오답입니다

  편정 반응은 하나의 액상이 다른 액상과 고상으로 변하는 반응으로 액상이 관여합니다.

• ④ 공정 반응

  오답입니다

  공정 반응은 하나의 액상이 동시에 두 고상으로 변하는 대표적인 응고 반응입니다.

정답과 해설 보기

정답 ① 공석 반응

공석 반응은 γ → α + β처럼 고상 하나가 두 고상으로 변합니다. 공정·포정·편정 반응에는 액상이 포함되므로 응고 과정에서 나타날 수 있습니다.

Q11

절삭공구ㆍ초경질 공구

다이아몬드 다음으로 경한 재료로 철계금속이나 내열합금의 절삭에 적합한 것은?

• ① 세라믹(ceramic)

  오답입니다

  세라믹 공구도 고온경도가 높지만 다이아몬드 다음 수준의 대표적인 초경질 공구재료는 CBN입니다.

• ② 초경합금(carbide)

  오답입니다

  초경합금은 널리 쓰이는 공구재료지만 경도는 CBN보다 낮습니다.

• ③ 입방정 질화 붕소(CBN, cubic boron nitride)

  정답입니다

  CBN은 다이아몬드 다음으로 경도가 높고 철과의 화학적 친화성이 낮아 경화강·주철·내열합금 절삭에 적합합니다.

• ④ 고속도강(HSS, high speed steel)

  오답입니다

  고속도강은 인성이 좋고 성형이 쉽지만 제시된 재료들 중 경도가 가장 낮은 편입니다.

정답과 해설 보기

정답 ③ 입방정 질화 붕소(CBN, cubic boron nitride)

다이아몬드는 철계 재료와 고온에서 반응하기 쉬운 반면, CBN은 열적·화학적 안정성이 좋아 경화 철계금속과 내열합금의 고속 절삭에 사용됩니다.

Q12

주조ㆍ주형

사형 주조에서 응고 중에 수축으로 인한 용탕의 부족분을 보충하는 곳은?

• ① 게이트

  오답입니다

  게이트는 탕도에서 주형 공동으로 용탕이 들어가는 입구입니다.

• ② 라이저

  정답입니다

  라이저(압탕)는 주물보다 늦게 응고하면서 응고수축으로 부족해지는 용탕을 공급합니다.

• ③ 탕구

  오답입니다

  탕구는 외부에서 주입된 용탕이 아래쪽으로 흐르는 수직 통로입니다.

• ④ 탕도

  오답입니다

  탕도는 탕구에서 여러 게이트로 용탕을 분배하는 수평 통로입니다.

정답과 해설 보기

정답 ② 라이저

라이저는 응고 마지막까지 액체 상태를 유지하도록 설계해 주물의 수축부에 용탕을 보급합니다. 그래서 수축공과 수축기공을 방지합니다.

Q13

기계요소ㆍ기어

두 축이 평행할 때 회전을 전달하는 기어는?

• ① 베벨 기어

  오답입니다

  베벨 기어는 주로 교차하는 두 축 사이에 회전을 전달합니다.

• ② 스퍼 기어

  정답입니다

  스퍼 기어는 평행한 두 축 사이에서 회전을 전달하는 가장 기본적인 원통기어입니다.

• ③ 웜 기어

  오답입니다

  웜 기어는 일반적으로 서로 직각이고 만나지 않는 두 축에 사용합니다.

• ④ 하이포이드 기어

  오답입니다

  하이포이드 기어는 축이 교차하지 않으면서 어긋난 축 사이에 사용합니다.

정답과 해설 보기

정답 ② 스퍼 기어

평행축용 기어에는 스퍼 기어, 헬리컬 기어, 랙과 피니언 등이 있습니다. 보기 중 해당하는 것은 스퍼 기어입니다.

Q14

기계요소ㆍ스프링

스프링 상수가 같은 2개의 코일스프링을 각각 직렬과 병렬로 연결하였다. 직렬로 연결한 시스템의 상당(등가) 스프링 상수는 병렬로 연결한 시스템의 상당(등가) 스프링 상수의 몇 배 크기인가?

• ① 1/4배

  정답입니다

  같은 상수 k의 두 스프링은 직렬에서 k/2, 병렬에서 2k이므로 그 비는 (k/2)/(2k) = 1/4입니다.

• ② 1/2배

  오답입니다
• ③ 2배

  오답입니다
• ④ 4배

  오답입니다

정답과 해설 보기

정답 ① 1/4배

직렬: 1/kₛ = 1/k + 1/k이므로 kₛ = k/2. 병렬: kₚ = k + k = 2k. 따라서 kₛ/kₚ = 1/4입니다.

Q15

재료시험ㆍ전단

다음 재료시험 방법 중에서 전단응력을 측정하기 위한 시험법은?

• ① 인장시험(tensile test)

  오답입니다

  인장시험은 주로 인장강도, 항복강도, 연신율 등을 측정합니다.

• ② 굽힘시험(bending test)

  오답입니다

  굽힘시험은 재료의 굽힘강도와 변형 특성을 평가합니다.

• ③ 충격시험(impact test)

  오답입니다

  충격시험은 충격에너지를 흡수하는 인성이나 천이특성을 평가합니다.

• ④ 비틀림시험(torsion test)

  정답입니다

  원형 시험편에 토크를 가하는 비틀림시험으로 전단응력과 전단변형률의 관계를 구할 수 있습니다.

정답과 해설 보기

정답 ④ 비틀림시험(torsion test)

비틀림을 받는 원형축에는 단면에 전단응력이 발생합니다. 토크와 비틀림각을 측정하면 전단탄성계수, 전단강도 등을 평가할 수 있습니다.

Q16

용접ㆍ압접

다음 용접법 중에서 압접법(pressure welding)에 해당하는 것만을 올바르게 묶은 것은?

• ① 시임용접, 마찰용접, 아크용접

  오답입니다

  시임용접과 마찰용접은 압접이지만 아크용접은 용융용접입니다.

• ② 마찰용접, 전자빔용접, 점용접

  오답입니다

  마찰용접과 점용접은 압접이지만 전자빔용접은 용융용접입니다.

• ③ 점용접, 레이저용접, 확산용접

  오답입니다

  점용접과 확산용접은 압접이지만 레이저용접은 용융용접입니다.

• ④ 마찰용접, 점용접, 시임용접

  정답입니다

  마찰용접은 마찰열과 가압을 이용하고, 점용접과 시임용접은 저항열과 전극 가압을 이용하는 압접법입니다.

정답과 해설 보기

정답 ④ 마찰용접, 점용접, 시임용접

압접은 접합부를 가압하여 접합하는 방식입니다. 마찰용접, 저항 점용접, 저항 시임용접은 모두 압력을 이용하며, 아크·전자빔·레이저 용접은 용융용접입니다.

Q17

특수가공ㆍEDM/ECM

방전가공(EDM)과 전해가공(ECM)에 사용하는 가공액에 대한 설명으로 옳은 것은?

• ① 모두 도체의 가공액을 사용한다.

  오답입니다

  방전가공액은 정상 상태에서 절연성을 가져야 하므로 두 가공법 모두 도체를 쓰는 것은 아닙니다.

• ② 모두 부도체의 가공액을 사용한다.

  오답입니다

  전해가공은 전류가 흐르는 전해액이 필요하므로 두 가공법 모두 부도체를 쓰지 않습니다.

• ③ 방전가공은 부도체, 전해가공은 도체의 가공액을 사용한다.

  정답입니다

  EDM은 절연유나 탈이온수 같은 유전체를, ECM은 전류를 전달하는 전해액을 사용합니다.

• ④ 방전가공은 도체, 전해가공은 부도체의 가공액을 사용한다.

  오답입니다

  EDM과 ECM의 가공액 성질을 서로 반대로 설명했습니다.

정답과 해설 보기

정답 ③ 방전가공은 부도체, 전해가공은 도체의 가공액을 사용한다.

EDM에서는 전극 사이가 일정 전압에서 절연파괴되어 방전해야 하므로 유전체가 필요합니다. ECM은 전기분해로 금속을 제거하므로 전도성 전해액이 필요합니다.

Q18

유압ㆍ압력제어

유압회로에서 회로 내 압력이 설정치 이상이 되면 그 압력에 의하여 밸브를 열어 압력을 일정하게 유지시키는 역할을 하는 밸브는?

• ① 시퀀스 밸브

  오답입니다

  시퀀스 밸브는 설정 압력에 도달한 뒤 다음 액추에이터가 작동하도록 순서를 제어합니다.

• ② 유량제어 밸브

  오답입니다

  유량제어 밸브는 유량을 조절하여 액추에이터의 속도를 제어합니다.

• ③ 릴리프 밸브

  정답입니다

  릴리프 밸브는 압력이 설정치를 넘으면 열려 유체를 탱크로 돌려보내고 최고압력을 제한합니다.

• ④ 감압 밸브

  오답입니다

  감압 밸브는 회로의 특정 분기에서 입구압보다 낮은 일정 압력을 유지합니다.

정답과 해설 보기

정답 ③ 릴리프 밸브

릴리프 밸브는 회로의 안전밸브 역할을 합니다. 설정 압력 이상에서 통로를 열어 과도한 압력을 방출함으로써 회로 압력을 제한합니다.

Q19

비철금속ㆍ마그네슘

마그네슘의 특징이 아닌 것은?

• ① 비중이 알루미늄보다 크다.

  정답입니다

  마그네슘의 비중은 약 1.74로 알루미늄의 약 2.70보다 작습니다. 구조용 금속 중 매우 가벼운 편입니다.

• ② 조밀육방격자이며 고온에서 발화하기 쉽다.

  오답입니다

  마그네슘은 조밀육방격자(HCP)이고 분말이나 절삭칩은 고온에서 쉽게 발화하므로 옳습니다.

• ③ 대기 중에서 내식성이 양호하나 산 및 바닷물에 침식되기 쉽다.

  오답입니다

  보호피막 때문에 보통 대기에서는 비교적 견디지만 산과 염화물 환경에서는 부식되기 쉬우므로 옳습니다.

• ④ 알칼리성에 거의 부식되지 않는다.

  오답입니다

  마그네슘은 알칼리에 대한 내식성이 비교적 좋은 금속이므로 옳은 설명입니다.

정답과 해설 보기

정답 ① 비중이 알루미늄보다 크다.

마그네슘의 대표적인 특징은 낮은 밀도입니다. 비중 약 1.74로 알루미늄보다 가볍기 때문에 경량 구조재로 활용됩니다.

Q20

자동차ㆍ기관

2사이클 기관과 비교할 때 4사이클 기관의 장점으로 옳은 것은?

• ① 매회전마다 폭발하므로 동일 배기량일 경우 출력이 2사이클 기관보다 크다.

  오답입니다

  2사이클 기관은 크랭크축 1회전마다 동력행정이 일어나지만, 4사이클 기관은 2회전마다 한 번 일어납니다. 따라서 동일한 배기량과 회전수라면 2사이클 기관의 출력이 더 큰 편입니다.

• ② 마력당 기관중량이 가볍고 밸브기구가 필요 없어 구조가 간단하다.

  오답입니다

  4사이클 기관은 흡기밸브와 배기밸브 및 이를 구동하는 밸브기구가 필요합니다. 구조가 더 복잡하고 무거우므로 4사이클 기관의 장점에 해당하지 않습니다.

• ③ 회전력이 균일하다.

  오답입니다

  2사이클 기관은 매 회전마다 동력행정이 있어 회전력의 변동이 비교적 작습니다. 4사이클 기관은 2회전마다 동력행정이 일어나므로 회전력이 더 균일하다고 볼 수 없습니다.

• ④ 체적효율이 높다.

  정답입니다

  4사이클 기관은 흡기행정과 배기행정이 분리되어 있고 밸브로 유로를 제어합니다. 새 혼합기가 배기구로 빠져나가는 손실이 적고 실린더에 충분히 충전할 수 있어 체적효율이 높습니다.

정답과 해설 보기

정답 ④ 체적효율이 높다.

체적효율은 행정체적만큼의 공기가 실제로 실린더에 얼마나 충전되었는지를 나타내는 값입니다. 2사이클 기관은 흡기와 배기가 짧은 시간에 겹쳐 이루어지므로 새 혼합기의 일부가 배기가스와 함께 빠져나가거나 잔류가스 때문에 충전량이 줄 수 있습니다. 반면 4사이클 기관은 흡기·압축·폭발·배기 행정을 각각 분리하고 흡배기밸브의 개폐시기로 가스 교환을 제어하므로 실린더를 비교적 충실하게 채울 수 있습니다. 따라서 일반적으로 체적효율이 높은 것이 4사이클 기관의 장점이며 정답은 ④입니다. 다만 밸브기구가 필요해 구조가 복잡하고, 동력행정은 크랭크축 2회전마다 한 번 일어납니다.

문제 출처 · 2008년도 국가직 9급 기계일반 (안 책형, 2008. 4. 12. 시행) · 해설 · 자체 작성

공무원 기출 9급 공무원 국가직 9급 공무원 국가직 2008년 기계일반