2017년 서울시 9급 기계일반 A책형 기출문제 풀이

2017 9급 서울시 기계일반 A책형

기계일반 기출문제 풀이 · AI 보조 해설

2017 9급 서울시 기계일반 A책형 썸네일
Q01
문항 목록

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

  • 묻힘 키(sunk key)
  • 평 키(flat key)
  • 반달 키(woodruff key)
  • 안장 키(saddle key)
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정답 ④ 안장 키(saddle key)

안장 키(새들 키)는 축을 전혀 가공하지 않고 보스에만 키홈을 파서 축 표면과의 마찰력으로 회전력을 전달합니다. 축을 깎지 않으므로 축의 강도가 떨어지지 않고 축의 어느 위치에나 자유롭게 설치할 수 있지만, 마찰력에만 의존하므로 전달 토크는 가장 작습니다. 따라서 ④입니다.

키워드 # 기계요소설계 # 키 # 안장키 # 마찰력 # 보스


Q02
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회전수 4,000rpm에서 최대 토크가 70kgf·m로 계측된 축의 축마력으로 가장 근접한 값은?

  • 195.53PS
  • 297.23PS
  • 391.06PS
  • 401.23PS
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정답 ③ 391.06PS

축마력은 각속도와 토크의 곱을 마력 단위로 환산한 값입니다. ω = 2πN/60 = 2π × 4,000/60 ≒ 418.9 rad/s이고 T = 70 kgf·m이므로 동력은 70 × 418.9 = 29,323 kgf·m/s이며, 1PS = 75 kgf·m/s이므로 29,323/75 ≒ 391PS입니다. 흔히 쓰는 간이식 PS = TN/716 에 대입해도 70 × 4,000/716 ≒ 391PS 로 같습니다. 따라서 ③입니다.

키워드 # 기계요소설계 # 축마력 # 토크 # 회전수 # 동력환산


Q03
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그림은 마이크로미터의 측정 눈금을 나타낸 것이다. 측정값은?

2017 9급 서울시 기계일반 A책형 3번 그림 1
  • 1.35mm
  • 1.85mm
  • 7.35mm
  • 7.80mm
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정답 ④ 7.80mm

외측 마이크로미터는 슬리브(고정 눈금)의 mm·0.5mm 값에 팀블(회전 눈금) 한 눈금 0.01mm를 더해 읽습니다. 그림에서 팀블 끝단이 슬리브 위쪽 7mm 눈금과 아래쪽 7.5mm 눈금을 모두 지났으므로 슬리브 값은 7.5mm입니다. 기준선에 맞는 팀블 눈금이 30이므로 0.30mm를 더하면 7.5 + 0.30 = 7.80mm입니다. 따라서 ④입니다.

키워드 # 측정 # 마이크로미터 # 슬리브눈금 # 팀블눈금 # 최소측정값


Q04
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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.)

  • 8kg/s
  • 16kg/s
  • 48kg/s
  • 60kg/s
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정답 ① 8kg/s

카르노 효율은 절대온도로 계산하므로 TH = 527 + 273 = 800K, TL = 27 + 273 = 300K입니다. η = 1 − 300/800 = 0.625이고, 출력이 100MW이므로 공급열량은 QH = 100/0.625 = 160MW = 160MJ/s입니다. 연료의 연소열이 20MJ/kg이므로 초당 소비량은 160/20 = 8kg/s입니다. 따라서 ①입니다.

키워드 # 열역학 # 카르노효율 # 절대온도 # 열효율 # 연료소비량


Q05
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타이어의 외경이 0.6m인 자동차가 36km/h의 속도로 달리고 있다. 다음 중 타이어의 회전 각속도는? (단, 타이어는 강체로 가정한다.)

  • 4rps
  • 1003rad/s
  • 120rad/s
  • 360rpm
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정답 ② 100/3 rad/s

먼저 속도를 환산하면 36km/h = 36,000/3,600 = 10m/s입니다. 타이어 외경이 0.6m이므로 반지름은 r = 0.3m입니다. 강체가 미끄럼 없이 구르므로 v = rω 가 성립하여 ω = 10/0.3 = 100/3 ≒ 33.3 rad/s입니다. 따라서 ②입니다.

키워드 # 동역학 # 구름운동 # 각속도 # 단위환산 # 강체


Q06
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전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 공구에 진동을 주고, 공작물과 공구 사이에 연마입자를 넣어 공작물을 정밀하게 다듬질하는 가공방법은?

  • 초음파가공
  • 방전가공
  • 전해연마
  • 숏 피닝(shot peening)
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정답 ① 초음파가공

초음파가공은 전기적 에너지를 자기변형 진동자로 기계적 진동(초음파)으로 바꾸어 공구에 전달하고, 공구와 공작물 사이에 넣은 연마입자를 두드려 재료를 미세하게 깎아내는 가공법입니다. 유리·세라믹·보석처럼 굳고 취성이 큰 비전도성 재료도 가공할 수 있습니다. 따라서 ①입니다.

키워드 # 기계공작법 # 특수가공 # 초음파가공 # 연마입자 # 취성재료


Q07
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다음 중 펌프 내 캐비테이션에 대한 설명 중 옳은 것은?

  • 펌프와 흡수면 사이의 거리가 너무 멀 때 발생한다.
  • 물속의 어느 부분의 정압이 그 때의 물의 온도에 해당하는 증기압력 이상일 때 부분적으로 증기가 발생하는 현상이다.
  • 펌프에 물이 저속으로 유량이 감소할 때 펌프 입구에서 발생한다.
  • 양정곡선은 저하되나 효율곡선은 상승된다.
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정답 ① 펌프와 흡수면 사이의 거리가 너무 멀 때 발생한다.

캐비테이션은 유동 중 국부 정압이 그 온도의 포화증기압 이하로 떨어져 기포가 생겼다가 붕괴하는 현상입니다. 펌프와 흡수면 사이 거리(흡입양정)가 크면 흡입측 압력이 그만큼 낮아져 캐비테이션이 쉽게 일어나므로 ①이 옳습니다. ②는 “이상”이 아니라 “이하”여야 하고, ③은 유량이 클 때 발생하며, ④는 양정과 효율이 함께 떨어집니다. 따라서 ①입니다.

키워드 # 유체역학 # 캐비테이션 # 흡입양정 # 포화증기압 # 펌프성능


Q08
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다음 중 내연기관의 실린더 내에서 형성되는 압축비를 가장 잘 설명하는 것은?

  • 행정체적과 간극체적의 합을 간극체적으로 나눈 값
  • 행정체적을 간극체적으로 나눈 값
  • 행정체적과 간극체적의 합을 행정체적으로 나눈 값
  • 간극체적을 행정체적으로 나눈 값
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정답 ① 행정체적과 간극체적의 합을 간극체적으로 나눈 값

압축비는 피스톤이 하사점에 있을 때의 실린더 체적을 상사점에 있을 때의 체적으로 나눈 값입니다. 하사점 체적은 행정체적과 간극체적의 합이고 상사점 체적은 간극체적이므로 ε = (Vs + Vc)/Vc = 1 + Vs/Vc 가 됩니다. 따라서 ①입니다.

키워드 # 열역학 # 내연기관 # 압축비 # 행정체적 # 간극체적


Q09
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균일 분포하중 ω=10N/mm가 전 길이에 작용할 때, 길이 50cm인 단순지지보에 생기는 최대 전단력은?

  • 0.25kN
  • 2.5kN
  • 25kN
  • 250kN
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정답 ② 2.5kN

전 길이에 균일 분포하중을 받는 단순지지보에서는 전단력이 지점에서 최대이고 중앙에서 0이 됩니다. 지점 반력은 전체 하중의 절반이므로 R = wL/2입니다. w = 10N/mm, L = 50cm = 500mm이므로 R = 10 × 500/2 = 2,500N = 2.5kN입니다. 따라서 ②입니다.

키워드 # 재료역학 # 단순지지보 # 등분포하중 # 전단력 # 지점반력


Q10
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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.)

  • 2,350J
  • 2,400J
  • 2,450J
  • 2,500J
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정답 ② 2,400J

평판을 지나는 정상상태 열전도는 푸리에 법칙 q = kAΔT/L 로 구합니다. k = 0.8W/(m·℃), A = 1 × 2 = 2m², ΔT = 3℃, L = 2mm = 0.002m이므로 q = 0.8 × 2 × 3 / 0.002 = 2,400W입니다. 1초 동안 손실되는 열량은 2,400W × 1s = 2,400J입니다. 따라서 ②입니다.

키워드 # 열전달 # 푸리에법칙 # 열전도 # 평판 # 열손실


Q11
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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?

2017 9급 서울시 기계일반 A책형 11번 그림 1
  • 100kN
  • 200kN
  • 300kN
  • 400kN
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정답 ① 100kN

밀폐된 유체에서는 파스칼의 원리에 따라 압력이 모든 곳에 같게 전달되므로 F₁/A₁ = F₂/A₂ 입니다. 면적은 지름의 제곱에 비례하므로 A₂/A₁ = (d₂/d₁)² = (100/50)² = 4입니다. 따라서 F₂ = F₁ × 4 = 25 × 4 = 100kN입니다. 따라서 ①입니다.

키워드 # 유압공압 # 파스칼의원리 # 유압실린더 # 면적비 # 힘의증폭


Q12
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정반 위에 올려놓고 공작물에 평행선을 긋는 데에 사용하거나, 선반 작업 시 공작물의 중심을 맞출 때 사용하는 공구는?

  • 디바이더(divider)
  • 서피스게이지(surface gauge)
  • 펀치(punch)
  • 스크루 잭(screw jack)
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정답 ② 서피스게이지(surface gauge)

서피스게이지는 정반 위에 놓고 스크라이버의 높이를 맞춰 공작물에 평행한 금을 긋는 금긋기 공구입니다. 선반에서 척에 물린 공작물을 돌려 보면서 스크라이버 끝과의 간격으로 중심 편심을 확인하는 용도로도 씁니다. 따라서 ②입니다.

키워드 # 측정 # 금긋기공구 # 서피스게이지 # 정반 # 중심내기


Q13
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두 열원으로 구성되는 사이클 중에서 열효율이 최대인 카르노 사이클로 작동되는 열기관이 고온체에서 200kJ의 열을 받아들인다. 이 기관의 열효율이 30%라면 방출되는 열량은?

  • 30kJ
  • 60kJ
  • 70kJ
  • 140kJ
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정답 ④ 140kJ

열기관의 열효율은 η = W/QH이므로 한 일은 W = 200 × 0.3 = 60kJ입니다. 열역학 제1법칙에 따라 방출열량은 QL = QH − W = 200 − 60 = 140kJ입니다. 같은 결과를 QL = QH(1 − η) = 200 × 0.7 = 140kJ 로도 얻습니다. 따라서 ④입니다.

키워드 # 열역학 # 카르노사이클 # 열효율 # 방출열량 # 열역학제1법칙


Q14
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비철금속인 구리, 아연, 알루미늄, 황동의 특성에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?

  • 구리는 열과 전기의 전도율은 좋으나 기계적 강도가 낮다.
  • 황동은 구리와 아연의 합금이며 주조와 압연이 용이하다.
  • 아연은 비중이 2.7 정도로 알루미늄보다 가벼우며, 매우 연한 성질을 가지고 있다.
  • 알루미늄은 공기나 물속에서 표면에 얇은 산화피막을 형성할 때 내부식성이 우수하다.
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정답 ③ 아연은 비중이 2.7 정도로 알루미늄보다 가벼우며, 매우 연한 성질을 가지고 있다.

아연의 비중은 약 7.14로 철(7.87)에 가깝고, 비중 2.7인 알루미늄보다 훨씬 무겁습니다. 따라서 아연이 알루미늄보다 가볍다는 ③의 설명은 옳지 않습니다. 나머지는 순동의 높은 전도율과 낮은 강도, 황동의 조성과 가공성, 알루미늄의 산화피막에 의한 내부식성으로 모두 옳습니다. 따라서 ③입니다.

키워드 # 기계재료 # 비철금속 # 아연 # 알루미늄 # 황동 # 비중


Q15
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가스터빈의 기본 사이클로 옳은 것은?

  • 랭킨 사이클(Rankine cycle)
  • 오토 사이클(Otto cycle)
  • 브레이튼 사이클(Brayton cycle)
  • 카르노 사이클(Carnot cycle)
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정답 ③ 브레이튼 사이클(Brayton cycle)

가스터빈은 압축기에서 단열압축, 연소기에서 정압가열, 터빈에서 단열팽창, 그리고 정압방열의 순서로 작동합니다. 이 네 과정으로 이루어진 사이클이 브레이튼 사이클이며 정압연소 사이클이라고도 합니다. 따라서 ③입니다.

키워드 # 열역학 # 가스터빈 # 브레이튼사이클 # 정압가열 # 기본사이클


Q16
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유체를 매개로 하여 동력을 전달하는 장치로 유체를 가득 채운 케이싱 내부에 임펠라(impeller)를 서로 마주보게 세워두고 회전력을 전달하는 장치는?

  • 축압기
  • 체크 밸브
  • 유체 커플링
  • 유압 실린더
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정답 ③ 유체 커플링

유체 커플링은 케이싱 안에 작동유를 채우고 펌프 임펠러와 터빈 러너를 서로 마주보게 배치한 장치입니다. 입력축의 임펠러가 유체에 운동에너지를 주면 그 유체가 반대쪽 러너를 돌려 동력이 전달되므로 두 축이 기계적으로 접촉하지 않아 충격과 진동이 잘 흡수됩니다. 따라서 ③입니다.

키워드 # 유압공압 # 유체커플링 # 임펠러 # 동력전달 # 유체전동장치


Q17
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재료의 조직 경도 크기를 큰 순서대로 나열한 것은?

  • 시멘타이트 > 오스테나이트 > 페라이트 > 펄라이트
  • 오스테나이트 > 시멘타이트 > 페라이트 > 펄라이트
  • 시멘타이트 > 펄라이트 > 오스테나이트 > 페라이트
  • 펄라이트 > 오스테나이트 > 페라이트 > 시멘타이트
정답과 해설 보기

정답 ③ 시멘타이트 > 펄라이트 > 오스테나이트 > 페라이트

탄소강 조직의 경도는 시멘타이트(Fe₃C)가 가장 크고 페라이트가 가장 작습니다. 일반적인 순서는 시멘타이트 > 마텐자이트 > 트루스타이트 > 소르바이트 > 펄라이트 > 오스테나이트 > 페라이트 입니다. 보기 중 네 조직만 놓고 보면 시멘타이트 > 펄라이트 > 오스테나이트 > 페라이트가 됩니다. 따라서 ③입니다.

키워드 # 기계재료 # 탄소강조직 # 시멘타이트 # 펄라이트 # 오스테나이트 # 경도


Q18
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밀링 머신의 상향절삭에 대한 설명 중 옳은 것은?

  • 칩이 잘 빠져나오지 않아 절삭에 방해가 된다.
  • 커터의 회전방향과 공작물의 이송방향이 같다.
  • 백래시(backlash) 제거장치가 필요하다.
  • 하향절삭에 비해 커터의 수명이 짧고 동력 소비가 크다.
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정답 ④ 하향절삭에 비해 커터의 수명이 짧고 동력 소비가 크다.

상향절삭은 커터의 회전방향과 공작물 이송방향이 서로 반대인 절삭입니다. 절삭두께가 0에서 시작하므로 날이 공작물 표면을 미끄러지며 비비게 되어 마찰과 마멸이 커집니다. 그 결과 하향절삭에 비해 커터 수명이 짧고 동력 소비가 크며 가공면도 거칩니다. 반면 칩이 잘 빠지지 않는 점과 백래시 제거장치가 필요한 점은 하향절삭의 특징입니다. 따라서 ④입니다.

키워드 # 기계공작법 # 밀링 # 상향절삭 # 하향절삭 # 백래시


Q19
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환봉모양의 구리합금 전극 사이에 모재를 겹쳐 놓고 전극으로 가압하면서 전류를 통할 때 발생하는 저항열로 접촉부위를 국부적으로 가압하여 접합하는 방법으로 자동차, 가전제품 등 얇은 판의 접합에 사용되는 용접법은?

  • 맞대기 용접(butt welding)
  • 점 용접(spot welding)
  • 심 용접(seam welding)
  • 프로젝션 용접(projection welding)
정답과 해설 보기

정답 ② 점 용접(spot welding)

점 용접은 겹쳐 놓은 얇은 판을 환봉 모양의 구리합금 전극으로 가압하면서 큰 전류를 흘려 접촉저항에서 생기는 줄열로 국부를 녹여 접합하는 저항용접입니다. 작업이 빠르고 자동화가 쉬워 자동차 차체나 가전제품의 박판 접합에 널리 쓰입니다. 따라서 ②입니다.

키워드 # 기계공작법 # 저항용접 # 점용접 # 전극가압 # 박판접합


Q20
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주형틀에 있는 왁스 원형 모델을 유출시켜 만든 주형을 이용한 주조 방법으로, 기계가공이 곤란한 경질합금, 밀링커터 및 가스터빈 블레이드 등을 제작할 때 사용하는 주조법은?

  • 다이 캐스팅(die-casting)
  • CO2법(CO2 process)
  • 셸 몰드법(shell molding)
  • 인베스트먼트법(investment process)
정답과 해설 보기

정답 ④ 인베스트먼트법(investment process)

인베스트먼트법은 왁스로 만든 원형에 내화재를 입혀 굳힌 뒤 가열해 왁스를 녹여 흘려보내고 그 빈 공간에 쇳물을 부어 주조하는 방법으로 로스트왁스법이라고도 합니다. 치수 정밀도와 표면이 매우 좋아 기계가공이 어려운 경질합금, 밀링커터, 가스터빈 블레이드 제작에 쓰입니다. 따라서 ④입니다.

키워드 # 기계공작법 # 주조 # 인베스트먼트법 # 로스트왁스 # 정밀주조

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