2010년 지방직 9급 기계일반 기출문제 풀이
2010년 지방직 9급 기계일반
① 텅스텐탄화물(WC)
정답입니다WC는 초경합금의 주성분으로 쓰이는 기지 재료이며, 일반적인 공구 피복재로 분류하지 않습니다.
② 티타늄탄화물(TiC)
오답입니다TiC는 경도와 내마모성이 높아 절삭공구의 경질 피복에 사용됩니다.
③ 티타늄질화물(TiN)
오답입니다TiN은 마찰을 줄이고 내마모성을 높이는 대표적인 금색 피복재입니다.
④ 알루미늄산화물(Al₂O₃)
오답입니다Al₂O₃ 피복은 고온 경도와 화학적 안정성이 우수하여 고속 절삭에 사용됩니다.
정답과 해설 보기
절삭공구 피복에는 TiC, TiN, Al₂O₃ 등이 사용됩니다. WC는 주로 초경합금 모재를 구성하는 탄화물이며 통상적인 피복재로 보는 항목이 아니므로 ①이 옳습니다. 따라서 적절하지 않은 것은 ①입니다.
키워드#기계공작법#공구피복#텅스텐탄화물#티타늄질화물#초경합금
① 진전하는 균열 주위에 상당한 소성 변형이 일어난다.
오답입니다연성 파괴에서는 균열 선단이 소성변형하며 에너지를 많이 흡수합니다.
② 취성 파괴보다 적은 변형률 에너지가 필요하다.
정답입니다연성 파괴는 큰 소성변형을 동반하므로 취성 파괴보다 더 많은 변형에너지가 필요합니다.
③ 파괴가 일어나기 전에 어느 정도의 네킹 현상이 나타난다.
오답입니다인장시험의 연성 파괴에서는 파단 전에 단면이 줄어드는 네킹이 나타납니다.
④ 균열은 대체적으로 천천히 진전한다.
오답입니다연성 균열은 취성 균열보다 비교적 천천히 성장하여 파괴 징후를 보입니다.
정답과 해설 보기
연성 파괴는 소성변형과 네킹을 동반하고 균열 전파도 비교적 느립니다. 따라서 흡수하는 변형에너지는 취성 파괴보다 크므로 ②의 설명이 옳지 않습니다.
키워드#기계재료#연성파괴#취성파괴#네킹#변형에너지
① 충격시험: 샤르피(Charpy)시험
오답입니다샤르피시험은 노치 시험편을 충격 파괴하여 흡수에너지를 측정합니다.
② 크리프시험: 표면거칠기시험
정답입니다크리프시험은 일정 응력과 고온에서 시간에 따른 변형을 측정하며, 표면거칠기시험과는 다릅니다.
③ 연성파괴시험: 인장시험
오답입니다인장시험으로 연신율과 단면수축률 및 연성 파괴 거동을 확인할 수 있습니다.
④ 경도시험: 로크웰경도시험
오답입니다로크웰시험은 압입 깊이로 경도를 평가하는 대표적인 경도시험입니다.
정답과 해설 보기
크리프는 고온에서 일정 하중을 장시간 가했을 때의 시간 의존 변형입니다. 표면거칠기시험은 가공면의 요철을 평가하므로 크리프시험 방법이 아닙니다. 따라서 옳지 않은 것은 ②입니다.
키워드#기계재료#재료시험#크리프시험#샤르피시험#로크웰경도
① 회주철(gray iron)
정답입니다회주철은 탄소가 편상 흑연으로 존재하며 주조성·진동흡수성·압축강도가 좋습니다.
② 백주철(white iron)
오답입니다백주철은 탄소가 시멘타이트로 존재하여 단단하지만 매우 취성이 큽니다.
③ 가단주철(malleable iron)
오답입니다가단주철은 백주철을 열처리하여 뜨임탄소를 석출시킨 재료입니다.
④ 연철(ductile iron)
오답입니다구상흑연주철은 흑연이 구상으로 존재하여 강도와 연성이 큽니다.
정답과 해설 보기
편상 흑연을 갖는 주철은 회주철입니다. 절삭성과 진동 감쇠성이 좋고 압축하중과 마모에 강하여 엔진 블록과 브레이크 드럼에 널리 쓰입니다. 따라서 ①입니다.
키워드#기계재료#회주철#편상흑연#주철#진동감쇠
① 축에 원주방향으로 같은 간격으로 여러 개의 키 홈을 깎아 낸 것이다.
정답입니다스플라인은 축 둘레에 여러 개의 이와 홈을 등간격으로 가공하여 결합합니다.
② 큰 토크를 전달하지 않는다.
오답입니다여러 이가 하중을 분담하므로 일반 키보다 큰 토크를 전달할 수 있습니다.
③ 키 홈으로 인하여 축의 강도가 저하된다.
오답입니다하중이 여러 홈에 분산되어 단일 키 홈보다 축 강도 저하가 작습니다.
④ 키와 축의 접촉면에서 발생하는 마찰력으로 회전력을 발생시킨다.
오답입니다회전력은 이와 홈의 측면 접촉으로 전달되며 단순 마찰력만으로 전달하지 않습니다.
정답과 해설 보기
스플라인은 축과 보스에 여러 개의 축방향 이와 홈을 등간격으로 가공한 결합입니다. 큰 토크를 전달하고 중심 맞춤이 좋으며 축방향 이동도 허용할 수 있습니다. 따라서 ①입니다.
키워드#기계설계#스플라인#키#토크전달#축이음
사각나사의 나선각이 λ, 나사면의 마찰계수 μ에 따른 마찰각이 ρ (μ = tan ρ)인 사각나사가 외부 힘의 작용 없이 스스로 풀리지 않고 체결되어 있을 자립 조건은?
① ρ ≥ λ
정답입니다마찰각이 나선각보다 크거나 같으면 하강 방향의 힘보다 마찰저항이 커서 자립합니다.
② ρ ≤ λ
오답입니다ρ≤λ이면 나선각이 더 큰 범위에서 역구동되어 스스로 풀릴 수 있습니다.
③ ρ < λ
오답입니다ρ<λ는 자립 조건의 반대이며 하중에 의해 나사가 역회전할 수 있습니다.
④ ρ 및 λ와 상관없음
오답입니다자립 여부는 마찰각과 나선각의 크기 관계로 결정됩니다.
정답과 해설 보기
사각나사의 하강 토크는 마찰각과 나선각의 차에 좌우됩니다. ρ≥λ이면 하중이 나사를 역구동하지 못하므로 자립 조건은 ①입니다. 따라서 ①입니다.
키워드#기계설계#사각나사#자립조건#마찰각#나선각
① Me = 12(M + √M2 + T2)
정답입니다최대주응력설에서 표면의 최대주응력을 굽힘응력으로 환산하면 이 식이 됩니다.
② Me = √M2 + T2
오답입니다√(M²＋T²)는 최대전단응력설에서 사용하는 상당비틀림모멘트 형태입니다.
③ Me = (M + √M2 + T2)
오답입니다정답식의 1/2 계수가 빠져 최대주응력을 과대평가합니다.
④ Me = 12(M + T)
오답입니다굽힘과 비틀림은 단순 합이 아니라 응력변환식에 따라 조합해야 합니다.
정답과 해설 보기
축 표면에서 σ＝32M/(πd³), τ＝16T/(πd³)이고 최대주응력은 σ₁＝σ/2＋√((σ/2)²＋τ²)입니다. 이를 굽힘응력 형태로 정리하면 Mₑ＝½(M＋√(M²＋T²))입니다. 따라서 ①입니다.
키워드#기계설계#상당굽힘모멘트#최대주응력설#조합응력#축설계
두께가 6 mm이고 안지름이 180 mm인 원통형 압력용기가 14 kgf/cm²의 내압을 받는 경우, 이 압력용기의 원주 방향 및 축 방향 인장응력[kgf/cm²]은?
① 210420
오답입니다원주응력과 축응력의 크기 관계가 반대로 제시되었습니다.
② 420840
오답입니다두 응력이 실제값의 두 배로 계산되었습니다.
③ 210105
정답입니다원주응력 σₕ＝pd/(2t)＝210, 축응력 σₗ＝pd/(4t)＝105입니다.
④ 420210
오답입니다각 값이 실제값의 두 배이며 원주응력과 축응력의 비도 맞지 않습니다.
정답과 해설 보기
d＝18 cm, t＝0.6 cm, p＝14 kgf/cm²입니다. 얇은 원통에서 σₕ＝pd/(2t)＝210 kgf/cm², σₗ＝pd/(4t)＝105 kgf/cm²이므로 ③입니다. 따라서 ③입니다.
σh = pd2t = 14 × 182 × 0.6 = 210 kgf/cm2 · σl = pd4t = 105 kgf/cm2
키워드#재료역학#압력용기#원주응력#축응력#내압
① 태양기어를 고정하고 캐리어를 구동할 경우 내접기어는 감속한다.
오답입니다태양기어 고정 상태에서 캐리어가 입력이면 내접기어는 캐리어보다 빠르게 같은 방향으로 회전합니다.
② 캐리어를 고정하고 내접기어를 구동할 경우 태양기어는 역전 증속한다.
정답입니다캐리어 고정 시 내접기어와 태양기어는 반대 방향이며 Zᵢ＞Zₛ이므로 태양기어가 증속됩니다.
③ 내접기어를 고정하고 태양기어를 구동할 경우 캐리어는 증속한다.
오답입니다내접기어 고정 상태에서 캐리어는 태양기어보다 느리게 회전하므로 감속입니다.
④ 태양기어를 고정하고 내접기어를 구동할 경우 캐리어는 역전 감속한다.
오답입니다태양기어 고정 상태에서 내접기어와 캐리어는 같은 방향으로 회전합니다.
정답과 해설 보기
윌리스 식 (ωₛ－ωc)/(ωᵢ－ωc)＝－Zᵢ/Zₛ를 적용합니다. 캐리어를 고정하면 ωₛ/ωᵢ＝－Zᵢ/Zₛ이므로 태양기어는 역전하면서 증속됩니다. 따라서 옳은 것은 ②입니다.
키워드#기계설계#유성기어#내접기어#태양기어#윌리스식
① 압출성형
오답입니다압출성형은 가열한 수지를 다이로 밀어 연속 단면 제품을 만듭니다.
② 사출성형
오답입니다사출성형은 용융 수지를 금형에 주입하는 대표적인 플라스틱 성형법입니다.
③ 인발성형
정답입니다인발은 금속 봉이나 선재를 다이로 당겨 단면을 줄이는 소성가공입니다.
④ 압축성형
오답입니다압축성형은 재료를 가열 금형에서 압축하여 성형합니다.
정답과 해설 보기
압출·사출·압축은 대표적인 플라스틱 성형법입니다. 인발은 주로 금속 선재나 봉재의 단면을 감소시키는 가공이므로 ③이 관계없습니다. 따라서 관계없는 가공 공정은 ③입니다.
키워드#기계공작법#플라스틱성형#인발#사출성형#압출성형
① 원심주조법은 고속회전하는 사형 또는 금형주형에 쇳물을 주입하여 주물을 만든다.
오답입니다회전 주형의 원심력으로 용탕을 치밀하게 응고시키는 설명이 맞습니다.
② 원심주조법은 주로 주철관, 주강관, 실린더 라이너, 포신 등을 만든다.
오답입니다중공 원통형 제품은 코어 없이 만들 수 있어 원심주조의 대표 용도입니다.
③ 다이캐스트법은 용융금속을 강한 압력으로 금형에 주입하고 가압하여 주물을 얻는다.
오답입니다다이캐스팅은 용탕을 금속 금형에 고압·고속으로 주입합니다.
④ 다이캐스트법은 주로 철금속 주조에 사용된다.
정답입니다다이캐스팅은 융점이 비교적 낮은 Al·Zn·Mg계 비철합금에 주로 사용됩니다.
정답과 해설 보기
다이캐스팅은 금형 수명과 용탕 취급 문제 때문에 철강보다 알루미늄·아연·마그네슘 등의 비철금속에 주로 적용합니다. 따라서 ④가 옳지 않습니다.
키워드#기계공작법#원심주조#다이캐스팅#비철금속#금형주조
항복 인장응력이 Y인 금속을 소성영역까지 인장시켰다가 하중을 제거하고 다시 압축을 하면 압축 항복응력이 인장 항복응력 Y보다 작아지는 현상이 있다. 이러한 현상과 관련이 없는 것은?
① 변형율 연화
오답입니다역방향 항복응력 감소는 거시적으로 변형률 연화와 관련지어 설명할 수 있습니다.
② 스프링 백
정답입니다스프링백은 하중 제거 시 탄성변형이 회복되는 치수 변화로 역방향 항복과 직접 관계없습니다.
③ 가공 연화
오답입니다반대 방향 재하에서 항복응력이 낮아지는 것은 방향 의존적인 가공 연화로 볼 수 있습니다.
④ 바우싱어(Bauschinger) 효과
오답입니다바우싱어 효과는 한 방향 소성변형 후 반대 방향 항복응력이 감소하는 현상입니다.
정답과 해설 보기
문제의 현상은 바우싱어 효과로, 전위와 잔류 미시응력 때문에 역방향 항복이 빨라지는 현상입니다. 스프링백은 제하 시 탄성회복이므로 관련이 없습니다. 따라서 관련이 없는 것은 ②입니다.
키워드#기계재료#바우싱어효과#스프링백#소성변형#항복응력
ㄱ. 표면에 남아 있는 인장잔류응력은 피로수명과 파괴강도를 향상시킨다.
ㄴ. 표면에 남아 있는 압축잔류응력은 응력부식균열을 발생시킬 수 있다.
ㄷ. 표면에 남아 있는 인장잔류응력은 피로수명과 파괴강도를 저하시킨다.
ㄹ. 잔류응력은 물체 내의 온도구배(temperature gradient)에 의해 생길 수 있다.
ㅁ. 풀림처리(annealing)를 하거나 소성변형을 추가시키는 방법을 통하여 잔류응력을 제거하거나 감소시킬 수 있다.
ㅂ. 실온에서도 충분한 시간을 두고 방치하면 잔류응력을 줄일 수 있다.
① ㄱ, ㄴ, ㅁ, ㅂ
오답입니다ㄱ의 표면 인장잔류응력은 피로수명을 향상시키지 않고 저하시킵니다.
② ㄴ, ㄷ, ㄹ, ㅁ
오답입니다ㄴ의 표면 압축잔류응력은 응력부식균열을 촉진하기보다 억제합니다.
③ ㄷ, ㄹ, ㅁ, ㅂ
정답입니다ㄷ·ㄹ·ㅁ·ㅂ은 모두 옳아 ③의 조합이 맞습니다.
④ ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ
오답입니다ㄱ과 ㄴ이 모두 잘못된 진술이므로 이 조합은 성립하지 않습니다.
정답과 해설 보기
표면 인장잔류응력은 피로와 응력부식에 불리하고, 압축잔류응력은 유리합니다. 잔류응력은 온도구배로 생기며 풀림·소성변형·시효로 완화할 수 있으므로 ㄷ, ㄹ, ㅁ, ㅂ이 옳습니다. 따라서 옳은 것은 ㄷ, ㄹ, ㅁ, ㅂ, ③입니다.
키워드#기계재료#잔류응력#압축잔류응력#피로수명#풀림처리
① 열간가공은 냉간가공에 비해 표면 거칠기가 향상된다.
오답입니다열간가공은 산화스케일 때문에 냉간가공보다 표면이 거칩니다.
② 열간가공은 냉간가공에 비해 정밀한 허용치수 오차를 갖는다.
오답입니다열팽창과 수축 때문에 열간가공의 치수정밀도는 냉간가공보다 낮습니다.
③ 일반적으로 열간가공된 제품은 냉간가공된 같은 제품에 비해 균일성이 적다.
정답입니다열간가공품은 냉각속도와 조직 차이로 냉간가공품보다 치수·성질의 균일성이 떨어질 수 있습니다.
④ 열간가공은 냉간가공에 비해 가공이 용이하지 않다.
오답입니다재결정온도 이상에서는 변형저항이 낮아 큰 변형이 쉬우므로 열간가공이 더 용이합니다.
정답과 해설 보기
냉간가공은 표면과 치수정밀도가 좋고 균일한 제품을 얻기 쉽습니다. 열간가공은 가공력은 작지만 산화와 불균일 냉각의 영향이 있으므로 ③이 옳습니다. 따라서 옳은 것은 ③입니다.
키워드#기계공작법#열간가공#냉간가공#재결정온도#치수정밀도
① 오토 사이클
오답입니다오토 사이클은 불꽃점화 왕복기관의 이상 사이클입니다.
② 디젤 사이클
오답입니다디젤 사이클은 압축착화 왕복기관의 이상 사이클입니다.
③ 브레이톤 사이클
오답입니다브레이턴 사이클은 가스터빈 기관의 이상 사이클입니다.
④ 랭킨 사이클
정답입니다랭킨 사이클은 보일러·터빈·복수기·펌프로 구성되는 증기동력 사이클입니다.
정답과 해설 보기
증기원동기는 액체를 펌프로 가압하고 보일러에서 증발시킨 뒤 터빈에서 팽창시키고 복수기에서 응축합니다. 이 과정의 이상 사이클이 랭킨 사이클입니다. 따라서 ④입니다.
키워드#열역학#랭킨사이클#증기원동기#보일러#복수기
① 완전 풀림처리(Full annealing)에서 얻어진 조직은 조대 펄라이트(Pearlite)이다.
오답입니다완전풀림은 오스테나이트화 후 노냉하여 비교적 조대한 펄라이트 조직을 얻습니다.
② 노말라이징(Normalizing)은 강의 풀림처리에서 일어날 수 있는 과도한 연화를 피할 수 있도록 공기중에서 냉각하는 것을 의미한다.
오답입니다노멀라이징은 오스테나이트화 후 공랭하여 풀림보다 미세하고 강한 조직을 얻습니다.
③ 오스템퍼링(Austempering)은 오스테나이트(Austenite)에서 베이나이트(Bainite)로 완전히 등온변태가 일어날 때까지 특정 온도로 유지한 후 공기중에서 냉각한다.
오답입니다오스템퍼링은 베이나이트 변태 온도에서 등온 유지한 뒤 냉각합니다.
④ 스페로다이징(Spherodizing)은 미세한 펄라이트 구조를 얻기 위해 공석온도 이상으로 가열한 후 서냉하는 공정이다.
정답입니다스페로다이징의 목적은 미세 펄라이트가 아니라 시멘타이트를 구상화하여 연화하는 것입니다.
정답과 해설 보기
구상화풀림은 공석온도 부근에서 장시간 유지하거나 반복 가열·냉각하여 시멘타이트를 구상화합니다. 절삭성과 냉간가공성을 높이는 처리이므로 ④가 잘못되었습니다. 따라서 옳지 않은 것은 ④입니다.
키워드#기계재료#열처리#구상화풀림#노멀라이징#오스템퍼링
① 기어펌프는 구조가 간단하고 신뢰도가 높으며 운전보수가 비교적 용이할 뿐만 아니라 가변토출형으로 제작이 가능하다는 장점이 있다.
정답입니다일반적인 기어펌프는 1회전당 토출량이 정해진 고정용량형이며 가변토출형 제작이 어렵습니다.
② 베인펌프의 경우에는 깃이 마멸되어도 펌프의 토출은 충분히 행해질 수 있다는 것이 장점이다.
오답입니다베인은 원심력과 유압으로 캠링에 밀착하므로 어느 정도 마모를 자동 보상합니다.
③ 피스톤 펌프는 다른 펌프와 비교해서 상당히 높은 압력에 견딜 수 있고, 효율이 높다는 장점이 있다.
오답입니다피스톤펌프는 밀봉성과 체적효율이 좋아 고압용에 적합합니다.
④ 일반적으로 용적형 펌프(Positive displacement pump)는 정량 토출을 목적으로 사용하고, 비용적형 펌프(Non-positive displacement pump)는 저압에서 대량의 유체를 수송하는 데 사용된다.
오답입니다용적형과 비용적형 펌프의 일반적인 용도 구분이 맞습니다.
정답과 해설 보기
기어펌프는 간단하고 저렴하지만 맞물리는 기어의 기하학적 용적이 고정되어 보통 고정토출형입니다. 가변토출형으로 제작하기 쉽다는 ①이 옳지 않습니다. 따라서 옳지 않은 것은 ①입니다.
키워드#유압기기#유압펌프#기어펌프#베인펌프#용적형펌프
① 2사이클 기관은 4사이클 기관에 비하여 소형 경량으로 할 수 있다.
오답입니다매 회전마다 동력행정이 있어 같은 출력에서 소형·경량화가 가능합니다.
② 2사이클 기관은 구조가 간단하여 저가로 제작할 수 있다.
오답입니다밸브기구가 단순하거나 없어 구조와 제작비를 줄일 수 있습니다.
③ 이론적으로는 4사이클 기관의 2배의 출력을 얻게 된다.
오답입니다4사이클은 2회전에 한 번, 2사이클은 1회전에 한 번 동력행정을 하므로 이론출력은 두 배입니다.
④ 2사이클 기관은 4사이클 기관에 비하여 연료소비가 적다.
정답입니다소기 과정의 혼합기 손실과 불완전 연소 때문에 일반적으로 연료소비가 더 많습니다.
정답과 해설 보기
2사이클 기관은 출력비와 구조 단순성이 장점이지만 소기 손실 때문에 연료소비율이 크고 배기가스도 불리합니다. 따라서 ④는 장점이 아닙니다.
키워드#내연기관#2사이클기관#4사이클기관#연료소비율#소기
그림과 같은 수평면에 놓인 50kg무게의 상자에 힘 P = 400N으로 5초 동안 잡아 당긴 후 운동하게 되는 상자의 속도[m/sec]와 가장 가까운 값은? (단, 상자와 바닥면간의 마찰계수는 0.3이다)
① 10
오답입니다마찰력을 뺀 합력으로 계산하면 10 m/s보다 큽니다.
② 25
정답입니다마찰력은 μmg≈147 N, 가속도는 (400－147)/50≈5.06 m/s²이므로 5초 후 약 25 m/s입니다.
③ 40
오답입니다마찰을 무시해도 속도는 40 m/s이므로 실제값이 될 수 없습니다.
④ 50
오답입니다작용력과 시간을 질량으로만 나누어도 40 m/s이므로 50 m/s는 불가능합니다.
정답과 해설 보기
마찰력 F＝0.3×50×9.8＝147 N, 합력은 253 N입니다. a＝253/50＝5.06 m/s²이므로 정지 상태에서 5초 후 v＝at≈25.3 m/s가 되어 ②가 가장 가깝습니다. 따라서 ②입니다.
F = μmg = 0.3 × 50 × 9.8 ≈ 147 N · a = 400 − 14750 ≈ 5.06 m/s2 · v = at ≈ 25.3 m/s
키워드#동역학#마찰력#가속도#충격량#등가속도운동
① 전자빔가공법
오답입니다전자빔가공은 집속 전자빔의 열에너지로 미세 구멍이나 절단을 수행합니다.
② 플라즈마 아크 가공법
오답입니다플라즈마 아크 가공은 고온 플라즈마로 재료를 용융·제거합니다.
③ 방전가공법
정답입니다방전가공은 절연액 속 전극과 공작물 사이의 반복 방전으로 전극 형상을 전사합니다.
④ 초음파가공법
오답입니다초음파가공은 공구의 고주파 진동과 연마입자로 취성재료를 제거합니다.
정답과 해설 보기
형조 방전가공은 전극과 공작물을 절연성 가공액에 담그고 펄스 방전을 반복하여 전극의 반대 형상을 공작물에 전사합니다. 공작물 경도와 무관하게 가공할 수 있습니다. 따라서 ③입니다.
키워드#기계공작법#방전가공#금형가공#전극#가공액
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