2020년 국가직 9급 기계일반 기출문제 풀이

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2020년 국가직 9급 기계일반

2020. 7. 11. 시행·가 책형 · 기출문제

Q01
문항 목록구리합금ㆍ황동

대표적인 구리합금 중 황동(brass)의 주성분은?

  • Cu, Pb
  • Cu, Sn
  • Cu, Al
  • Cu, Zn
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정답 ④ Cu, Zn

황동은 구리(Cu)에 아연(Zn)을 주로 첨가한 합금입니다. 아연량에 따라 강도·연성·색조가 달라지고 가공성과 내식성이 좋아 관, 밸브, 장식품 등에 널리 쓰입니다. 따라서 주성분 조합은 ④ Cu-Zn입니다.

키워드#기계재료#구리합금#황동#아연#합금조성

Q02
문항 목록체결요소ㆍ볼트너트

2개 이상의 기계 부품을 결합할 수 있는 체결용 기계요소에 해당하지 않는 것은?

  • 볼트(bolt) 및 너트(nut)
  • 리벳(rivet)
  • 스프링(spring)
  • 키(key)
정답과 해설 보기
정답 ③ 스프링(spring)

체결용 기계요소는 두 개 이상의 부품을 결합하거나 상대위치를 고정합니다. 볼트·너트와 리벳은 직접 체결하고, 키는 축과 허브를 결합하여 상대회전 방지와 토크전달을 담당합니다. 스프링은 탄성변형으로 에너지를 저장하고 힘·진동을 조절하는 요소이지 일반적인 체결요소가 아니므로 ③입니다.

키워드#기계설계#체결요소#볼트너트#리벳#키#스프링

Q03
문항 목록판재성형ㆍ아이어닝

드로잉된 컵의 벽 두께를 줄이고, 더욱 균일하게 만들기 위해 사용되는 금속성형공정은?

  • 블랭킹(blanking)
  • 엠보싱(embossing)
  • 아이어닝(ironing)
  • 랜싱(lancing)
정답과 해설 보기
정답 ③ 아이어닝(ironing)

아이어닝은 드로잉한 컵을 펀치와 다이 사이의 작은 간극으로 통과시켜 벽을 얇고 균일하게 만드는 공정입니다. 바닥두께는 거의 유지하면서 벽 높이가 증가하여 음료캔 제조 등에 쓰입니다. 따라서 ③입니다.

키워드#기계공작법#판재성형#아이어닝#드로잉#벽두께균일화

Q04
문항 목록피스톤운동ㆍ행정

내연기관의 주요 용어에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  • 행정: 상사점과 크랭크축 사이의 거리
  • 상사점: 피스톤이 크랭크축으로부터 가장 멀리 위치하여 실린더 체적이 최소가 되는 위치
  • 행정체적: 1행정 시 피스톤이 밀어낸 체적
  • 간극체적: 피스톤이 상사점에 있을 때 실린더의 체적
정답과 해설 보기
정답 ① 행정: 상사점과 크랭크축 사이의 거리

행정(stroke)은 피스톤이 상사점에서 하사점까지 또는 그 반대로 움직이는 거리이며, 크랭크반지름 r의 두 배인 2r입니다. 크랭크축 중심과 피스톤 사이의 순간거리를 뜻하지 않습니다. 따라서 행정을 상사점과 크랭크축 사이 거리라고 한 ①이 옳지 않습니다.

키워드#내연기관#피스톤운동#행정#상사점#행정체적#간극체적

Q05
문항 목록소성가공ㆍ체적일정

금속시편의 체적은 소성영역에서 일정하게 유지된다. 원기둥 형태의 최초 시편은 길이 l0, 단면적 A0, 직경 D0를 갖고 있으며, 균일변형 중 시편의 길이가 l, 단면적이 A, 직경이 D일 때, 진변형률 식으로 옳지 않은 것은?

  • ln ll0
  • ln A0A
  • 2ln D0D
  • ln DD0
정답과 해설 보기
정답 ④ ln DD0

소성변형에서 체적이 일정하면 길이와 단면적의 곱이 일정합니다. 축방향 진변형률은 길이비의 자연로그이며, 단면적비와 직경비로도 나타낼 수 있습니다. ④는 직경비의 방향과 계수가 모두 맞지 않으므로 옳지 않습니다.

ε = ln ll0 = ln A0A = 2ln D0D

키워드#기계공작법#소성가공#체적일정#진변형률#단면적변화#직경변화

Q06
문항 목록열처리ㆍ담금질

금속의 열처리에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  • 풀림(annealing)은 금속을 적정 온도로 가열하고 일정시간 유지한 후 서서히 냉각함으로써 냉간가공되었거나 열처리된 재료를 원래 성질로 되돌리고, 잔류응력을 해소하기 위한 열처리 공정이다.
  • 뜨임(tempering)은 경화된 강의 취성을 감소시키고 연성과 인성을 개선시켜 마르텐사이트(martensite) 조직의 응력을 완화하기 위한 열처리 공정이다.
  • 불림(normalizing)은 풀림과 유사한 가열, 유지조건에서 실시 하지만, 과도한 연화를 막기 위해 공기 중에서 냉각하여 미세한 균질 조직을 얻음으로써 기계적 성질을 향상하는 열처리 공정이다.
  • 담금질(quenching)은 강을 가열하여 오스테나이트(austenite)로 상변화시킨 후 급냉하여 페라이트(ferrite) 조직으로 변태시켜 강을 강화하는 열처리 공정이다.
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정답 ④ 담금질(quenching)은 강을 가열하여 오스테나이트(austenite)로 상변화시킨 후 급냉하여 페라이트(ferrite) 조직으로 변태시켜 강을 강화하는 열처리 공정이다.

담금질은 강을 오스테나이트화한 뒤 임계냉각속도 이상으로 급냉하여 탄소의 확산변태를 억제하고 마르텐사이트를 얻는 열처리입니다. 높은 경도와 강도를 얻지만 취성과 잔류응력이 커져 보통 뜨임을 이어서 합니다. 급냉하여 페라이트로 변태시킨다고 한 ④가 옳지 않습니다.

키워드#기계재료#열처리#담금질#마르텐사이트#냉각속도#조직변태

Q07
문항 목록베어링ㆍ미끄럼베어링

미끄럼 베어링과 구름 베어링에 대한 설명으로 옳은 것은?

  • 미끄럼 베어링 중에는 축 방향 하중과 반경 방향 하중을 동시에 지지할 수 있는 것이 있지만, 구름 베어링 중에는 없다.
  • 구름 베어링은 진동 및 소음이 발생하기 쉬우나, 미끄럼 베어링은 잘 발생하지 않는다.
  • 미끄럼 베어링은 윤활에 주의할 필요가 없으나, 구름 베어링은 윤활에 주의할 필요가 있다.
  • 구름 베어링은 충격하중을 받는 곳에 주로 사용하고, 미끄럼 베어링은 정적인 회전부에 주로 사용한다.
정답과 해설 보기
정답 ② 구름 베어링은 진동 및 소음이 발생하기 쉬우나, 미끄럼 베어링은 잘 발생하지 않는다.

구름베어링은 전동체가 궤도면을 구르면서 접촉충격과 반복하중이 생겨 고속에서 진동·소음이 발생하기 쉽습니다. 미끄럼베어링은 충분한 유막이 형성되면 축이 유체막 위에서 회전하여 운전이 조용하고 충격흡수성도 좋습니다. 따라서 ②가 옳습니다.

키워드#기계설계#베어링#미끄럼베어링#구름베어링#진동소음#윤활

Q08
문항 목록플라스틱성형ㆍ블로우성형

일회용 플라스틱 병 또는 이와 유사한 용기와 같이 두께가 얇은 중공 플라스틱 제품 생산에 가장 널리 사용되는 방법은?

  • 블로우성형(blow molding)
  • 반응사출성형(reaction injection molding)
  • 캘린더링(calendering)
  • 수지전이성형(resin transfer molding)
정답과 해설 보기
정답 ① 블로우성형(blow molding)

블로우성형은 가열한 관상 패리슨이나 사출 프리폼을 금형 안에 넣고 압축공기로 부풀려 금형 내벽에 밀착시키는 공정입니다. 얇은 벽의 속 빈 병·탱크를 대량생산하기에 적합합니다. 따라서 일회용 플라스틱병에 가장 널리 쓰이는 것은 ①입니다.

키워드#기계공작법#플라스틱성형#블로우성형#중공제품#대량생산

Q09
문항 목록인장시험ㆍ응력변형률선도

금속재료의 인장시험을 통해 얻어지는 응력−변형률 선도에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  • 공칭응력−공칭변형률 선도의 비례한도 내에서 응력과 변형률 사이의 관계는 선형적이며 직선의 기울기 값이 탄성계수이다.
  • 변형경화가 발생하는 소재의 진응력−진변형률 선도에서 소성영역 부분을 log-log 척도로 나타내면 네킹(necking)이 발생할 때까지 선형적이다.
  • 재료의 연신율은 네킹이 일어난 시점에서의 공칭변형률과 같다.
  • 항복점은 응력−변형률 선도에서 확인이 어려울 경우 선형 탄성직선에 평행하면서 0.2%의 변형률만큼 이동한 직선과 만나는 곳의 응력을 의미한다.
정답과 해설 보기
정답 ③ 재료의 연신율은 네킹이 일어난 시점에서의 공칭변형률과 같다.

연신율은 인장시험 후 파단편을 맞대어 측정한 최종 표점거리 증가율 (L_f−L₀)/L₀입니다. 네킹이 시작된 뒤에도 국부변형이 계속 증가하므로 네킹 시작점의 공칭변형률과 같지 않습니다. 따라서 ③이 옳지 않습니다.

키워드#재료역학#인장시험#응력변형률선도#네킹#연신율#오프셋항복강도

Q10
문항 목록기계진동ㆍ위험속도

축의 가운데 지점에 한 개의 회전체가 결합되어 있다. 이 축이 회전할 때, 축의 진동에 따른 위험속도(1차 고유진동수)를 증가 시키는 방법으로 가장 적절한 것은?

  • 축의 길이를 증가시킨다.
  • 회전체의 질량을 증가시킨다.
  • 축의 지름을 증가시킨다.
  • 탄성계수가 작은 소재로 축을 제작한다.
정답과 해설 보기
정답 ③ 축의 지름을 증가시킨다.

축의 위험속도는 회전체와 축계의 굽힘 고유진동수에 대응합니다. 축 지름을 증가시키면 단면2차모멘트와 굽힘강성이 크게 증가하므로 위험속도가 높아집니다. 따라서 ③이 가장 적절합니다.

ωn ∝ √(k/m) · I = πd464

키워드#동역학#기계진동#위험속도#고유진동수#굽힘강성#단면2차모멘트

Q11
문항 목록표준평기어ㆍ모듈

모듈이 2이고 압력각이 20°이며 잇수가 각각 40, 80인 한 쌍의 표준 평기어가 맞물려 있을 때, 축간 거리[mm]는?

  • 40
  • 80
  • 120
  • 240
정답과 해설 보기
정답 ③ 120

표준 평기어의 피치원지름은 모듈과 잇수의 곱입니다. 두 기어의 피치원지름은 각각 80 mm와 160 mm이며, 축간거리는 두 피치원지름 합의 절반이므로 120 mm입니다.

a = d1 + d22 = 80 + 1602 = 120 mm

키워드#기계설계#표준평기어#모듈#잇수#피치원지름#축간거리

Q12
문항 목록벨트전동ㆍV벨트

V벨트 전동 장치에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면?

ㄱ. 운전이 조용하고 고속 운전이 가능하다.

ㄴ. 미끄럼이 적고 큰 회전 속도비를 얻을 수 있다.

ㄷ. 접촉 면적이 커서 큰 동력을 전달할 수 있다.

ㄹ. 엇걸기를 통하여 전달 동력을 증가시킬 수 있다.

  • ㄱ, ㄴ
  • ㄱ, ㄴ, ㄷ
  • ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ
정답과 해설 보기
정답 ③ ㄱ, ㄴ, ㄷ

V벨트는 풀리 홈의 쐐기효과로 평벨트보다 큰 마찰력을 얻어 미끄럼이 적고 큰 속도비·전달동력을 얻습니다. 운전이 조용하고 고속회전에도 적합하며 홈의 양쪽 면이 접촉해 유효 접촉면적이 큽니다. 따라서 ㄱ·ㄴ·ㄷ은 옳습니다. V벨트는 구조상 엇걸기에 부적합하고 엇걸기가 전달동력을 증가시키는 수단도 아니므로 ㄹ은 틀려 ③입니다.

키워드#기계설계#벨트전동#V벨트#쐐기효과#접촉면적#속도비

Q13
문항 목록정밀측정ㆍ버니어캘리퍼스

버니어 캘리퍼스(vernier calipers)로 측정하는 것이 적절하지 않은 것은?

  • 두께 15mm의 철판 두께
  • M10 나사의 유효 지름
  • 지름 18mm인 환봉의 외경
  • 지름 30mm인 파이프 내경
정답과 해설 보기
정답 ② M10 나사의 유효 지름

버니어캘리퍼스는 외측 죠로 두께·외경, 내측 죠로 내경, 깊이 바로 깊이를 측정합니다. 그러나 나사의 유효지름은 나사산 옆면이 규정 피치선과 만나는 지름이라 일반 죠로 직접 정확히 잴 수 없습니다. M10 나사 유효지름은 나사마이크로미터나 삼침법을 사용해야 하므로 ②가 적절하지 않습니다.

키워드#기계공작법#정밀측정#버니어캘리퍼스#유효지름#나사측정

Q14
문항 목록절삭공구ㆍ공구수명

Taylor 공구수명식 VTn=C에서 n=0.5, C=400인 경우, 절삭속도를 50% 감소시킬 때 공구수명의 증가율[%]은?

  • 50
  • 100
  • 200
  • 300
정답과 해설 보기
정답 ④ 300

Taylor 공구수명식에 따르면 절삭속도가 낮아질수록 공구수명은 증가합니다. 주어진 지수에서 속도를 절반으로 낮추면 공구수명은 4배가 됩니다. 증가량은 원래 수명의 3배이므로 증가율은 300%입니다.

VTn = C · T2T1 = 21/n = 4

키워드#기계공작법#절삭공구#공구수명#테일러식#절삭속도

Q15
문항 목록작동유ㆍ점도

유압시스템에 사용되는 작동유의 점도가 너무 높을 때 발생하는 현상으로 옳지 않은 것은?

  • 마찰에 의하여 동력 손실이 증가한다.
  • 오일 누설이 증가한다.
  • 관내 저항에 의해 압력이 상승한다.
  • 작동유의 비활성화로 인해 응답성이 저하된다.
정답과 해설 보기
정답 ② 오일 누설이 증가한다.

작동유 점도가 너무 높으면 관로와 밸브의 점성마찰이 커져 압력손실·발열·동력손실이 증가하고, 저온 시 유동이 둔해 응답성과 흡입성이 나빠집니다. 반대로 틈새를 통한 내부누설은 점도가 낮을수록 증가합니다. 따라서 고점도에서 오일누설이 증가한다는 ②가 옳지 않습니다.

키워드#유압기기#작동유#점도#압력손실#내부누설#응답성

Q16
문항 목록특수가공ㆍ와이어방전가공

방전와이어컷팅에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  • 와이어 재료로는 황동 혹은 텅스텐 등이 사용된다.
  • 방전가공과 달리 방전와이어컷팅에는 절연액이 필요하지 않다.
  • 전극와이어와 피가공물 사이의 전기방전 시 나오는 열에너지에 의해 절단이 이루어진다.
  • 재료가 전기도체이면 경도와 관계없이 가공이 가능하고 복잡한 형상의 가공도 가능하다.
정답과 해설 보기
정답 ② 방전가공과 달리 방전와이어컷팅에는 절연액이 필요하지 않다.

와이어 방전가공은 연속 공급되는 황동·텅스텐 등의 가는 와이어와 도전성 공작물 사이에 펄스방전을 일으켜 방전열로 재료를 용융·증발시킵니다. 절연액은 방전간극 절연회복, 냉각, 가공분 배출을 담당합니다. 일반 방전가공과 마찬가지로 탈이온수 등의 절연액이 필요하므로 필요하지 않다는 ②가 옳지 않습니다.

키워드#기계공작법#특수가공#와이어방전가공#절연액#도전성재료

Q17
문항 목록연삭숫돌ㆍ입자크기

연삭숫돌에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  • 연삭숫돌의 연마재 입자크기가 크면 표면거칠기가 좋아지고, 소재제거율이 커진다.
  • 연삭숫돌 표면의 마모된 입자들을 조정하여 날카로운 입자들로 새롭게 생성하기 위한 공정을 드레싱(dressing)이라고 한다.
  • 연삭숫돌을 날카롭게 할 뿐만 아니라 숫돌의 원형 형상과 직선 원주면을 복원하는 공정을 트루잉(truing)이라고 한다.
  • 연삭숫돌의 결합제는 연마입자들을 결합시켜 연삭숫돌의 형상과 조직을 형성한다.
정답과 해설 보기
정답 ① 연삭숫돌의 연마재 입자크기가 크면 표면거칠기가 좋아지고, 소재제거율이 커진다.

연마입자의 입도번호가 작아 입자가 거칠고 크면 한 입자당 절입이 커져 소재제거율은 증가하지만 연삭흔도 깊어져 표면거칠기는 나빠집니다. 미세입자는 다듬질면에 유리합니다. 큰 입자에서 표면거칠기가 좋아진다는 ①이 옳지 않습니다.

키워드#기계공작법#연삭숫돌#입자크기#드레싱#트루잉#결합제

Q18
문항 목록정밀주조ㆍ인베스트먼트주조

인베스트먼트 주조에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  • 왁스로 만들어진 모형 패턴은 주형을 만들기 위해 내열재로 코팅된다.
  • 용융금속이 주입되어 왁스와 접촉하는 순간 왁스 모형 패턴은 녹아 없어진다.
  • 로스트왁스공정이라고도 하며 소모성주형 주조공정이다.
  • 정밀하고 세밀한 주물을 만들 수 있는 정밀주조공정이다.
정답과 해설 보기
정답 ② 용융금속이 주입되어 왁스와 접촉하는 순간 왁스 모형 패턴은 녹아 없어진다.

인베스트먼트주조는 왁스모형에 내화 슬러리를 반복 코팅해 세라믹 셸을 만든 뒤 가열하여 왁스를 미리 녹여 빼고 주형을 소성합니다. 그 빈 공동에 용탕을 주입합니다. 용탕이 주입될 때 왁스가 녹는 것이 아니라 주입 전에 탈왁스가 끝나야 하므로 ②가 옳지 않습니다.

키워드#기계공작법#정밀주조#인베스트먼트주조#왁스모형#탈왁스#세라믹주형

Q19
문항 목록냉동사이클ㆍ압축기

냉동기 주요 장치들의 역할을 순환 순서대로 바르게 나열한 것은?

ㄱ. 토출된 고온, 고압 냉매 가스의 열을 상온의 공기 중에 방출하여 냉매액으로 응축시킴

ㄴ. 증발한 저온, 저압의 기체 냉매를 흡입·압축하여 압력을 상승시킴

ㄷ. 저온, 저압의 습증기(액체+증기)를 증기 상태로 증발시킴

ㄹ. 고온, 고압의 액체를 좁은 통로를 통해서 팽창시켜 저온, 저압의 냉매액과 증기의 혼합 매체를 만듦

  • ㄱ→ㄴ→ㄹ→ㄷ
  • ㄴ→ㄱ→ㄹ→ㄷ
  • ㄷ→ㄱ→ㄴ→ㄹ
  • ㄹ→ㄴ→ㄱ→ㄷ
정답과 해설 보기
정답 ② ㄴ→ㄱ→ㄹ→ㄷ

증발기에서 나온 저온·저압 기체를 압축기가 흡입하여 고온·고압 기체로 만듭니다(ㄴ). 응축기에서 외부로 열을 방출해 고압액이 되고(ㄱ), 팽창밸브에서 교축되어 저온·저압 습증기가 된 뒤(ㄹ), 증발기에서 열을 흡수하며 기화합니다(ㄷ). 따라서 압축기→응축기→팽창밸브→증발기의 ㄴ→ㄱ→ㄹ→ㄷ, ②입니다.

키워드#열역학#냉동사이클#압축기#응축기#팽창밸브#증발기

Q20
문항 목록신속조형ㆍ적층제조

쾌속조형(RP, rapid prototyping)공정에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  • STL(stereolithography)은 광경화성 액체 고분자 재료에 레이저 빔을 직접 주사하여 고체 고분자로 각 층을 경화시켜 플라스틱 부품을 제작하는 공정이다.
  • FDM(fused-deposition modeling)은 가열된 압출헤드를 통해 왁스 또는 폴리머 재료의 필라멘트를 필요한 위치에 녹여 공급하는 방법으로 모델의 각 층을 완성하는 공정이다.
  • SLS(selective laser sintering)는 이동하는 레이저 빔을 이용 하여 열 용융성 분말을 소결시키는 형태로 한 층을 형성하고 이를 적층하여 고형의 제품을 만드는 공정이다.
  • EBM(electron-beam melting)은 층으로 슬라이싱된 CAD 모델의 단면 형상대로 외곽선을 잘라 낸 시트 소재를 층층이 쌓아 올려 물리적 모델을 제작하는 공정이다.
정답과 해설 보기
정답 ④ EBM(electron-beam melting)은 층으로 슬라이싱된 CAD 모델의 단면 형상대로 외곽선을 잘라 낸 시트 소재를 층층이 쌓아 올려 물리적 모델을 제작하는 공정이다.

EBM은 진공 중에서 전자빔으로 금속분말층을 선택적으로 완전 용융하여 적층하는 분말베드 융합공정입니다. CAD 단면대로 시트를 절단하여 접착·적층하는 방식은 LOM(laminated object manufacturing)입니다. 따라서 EBM을 시트 적층법으로 설명한 ④가 옳지 않습니다.

키워드#기계공작법#신속조형#적층제조#광경화#분말소결#전자빔용융

문제 출처 · 2020년도 국가직 9급 기계일반 (가 책형, 2020. 7. 11. 시행)·해설 · 자체 작성
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