9급 국가직 공무원 기계설계(2010. 4. 10.) 시험일자 : 2010년 4월 10일
1. 그림과 같은 스프링 장치에 질량 W의 물체를 매달 때, 물체의 처짐량[mm]은? (단, k1=k2=100N/mm, k3＝50 N/mm, W＝200 kg이다)
- ① 39.2
- ② 16.3
- ③ 60.5
- ④ 19.6
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2. 어떤 하중이 작용되고 있는 기계장치의 부품이 인장응력 60MPa, 전단응력 40 MPa을 받고 있다. 이 부품의 소재가 전단응력에 의해 파괴되는 응력이 120MPa이면, 최대전단응력설의 관점에서 볼 때, 받을 수 있는 최대 하중은 작용되고 있는 하중의 몇 배인가?
- ① 2.4
- ② 3.0
- ③ 3.6
- ④ 4.2
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3. 아래 그림은 겹치기 용접에 의한 양면 이음을 나타낸다. 작용하중 F＝50000N, 용접선의 허용인장응력 50N/mm2, t＝10mm일 때, 필요한 용접선의 최소길이 l [mm]은?
- ① 100
- ② 71
- ③ 50
- ④ 36
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4. 평행키(parallel key)가 설치되어 있는 축의 운전조건을 변경하여 축의 회전수를 4배로 하려고 할 때, 같은 동력을 전달하기 위한 최소 키 폭은 현재 키 폭의 몇 배인가? (단, 키 폭을 제외한 키의 다른 형상 치수는 동일하다)
- ① 2
- ② 0.5
- ③ 4
- ④ 0.25
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5. 교차각 30°인 유니버설(universal) 커플링 원동축(구동축)의 회전수는 1000 rpm, 전달 토크는 20N·m일 때, 종동축 전달 토크[N·m]의 범위로 옳은 것은? (단, cos30°＝0.866, sin30°＝0.5, tan30°＝0.577로 한다)
- ① 15.3∼20.4
- ② 17.3∼23.1
- ③ 11.5∼34.7
- ④ 10.0∼40.0
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6. 체인전동에서 스프로킷 휠(sprocket wheel)의 회전반지름에 관한 설명으로 옳은 것은?
- ① 스프로킷 휠의 회전반지름은 체인 1개의 회전을 주기로 계속 변동한다. 이때 최대 회전반지름에 대한 최소 회전반지름의 비는 1－cos(π/Z)이다. 여기서 Z는 스프로킷 휠의 잇수이다.
- ② 회전반지름 변화와 관련된 속도변동률[％]은 100 × cos(π/Z)이다.
- ③ 각속도가 일정한 경우 회전반지름 변동에 따른 체인의 최대 속도에 대한 최소속도의 비는 최대 회전반지름에 대한 최소 회전반지름의 비와 같다.
- ④ 체인의 평균속도[m/s]는 NpZ/6000이다. 여기서 N은 스프로킷의 회전수[rpm], p는 체인의 피치[mm], Z는 스프로킷의 잇수이다.
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7. 잇수가 각각 Z1＝11, Z2＝27이고, 압력각이 20°인 전위 평기어에서 언더컷(under cut)이 일어나지 않도록 하는 전위계수 x1, x2는? (순서대로 x1, x2)
- ① 0.353, 0
- ② 0.353, 0.156
- ③ 0.656, 0
- ④ 0.656, 0.156
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8. 일정 속도로 회전하는 레이디얼 볼베어링(radial ball bearing)에 처음 1분 동안 100N의 힘이, 다음 1분 동안 200N의 힘이 반복해서 작용한다고 할 때, 이 베어링에 작용하는 평균 유효하중[N]은?
- ①
- ②
- ③
- ④
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9. 안지름 600mm, 강판 두께 10mm인 원통형 압력용기의 강판 인장 강도를 300MPa이라 할 때, 작용시킬 수 있는 최대 내압 [N/mm2]은? (단, 안전율은 6, 부식여유는 1mm, 리벳이음효율은 100％로 한다)
- ① 1.0
- ② 1.5
- ③ 2.0
- ④ 2.5
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10. 지그(jig)와 고정구를 사용할 경우의 이점으로 옳지 않은 것은?
- ① 공작기계를 최대한으로 활용할 수 있어 작업의 효율을 증대시킨다.
- ② 작업의 정밀도를 향상시켜 불량률 감소와 더불어 제품의 호환성이 증대된다.
- ③ 다종 소량의 제품 가공에 효율적으로 사용되며, 제조 원가를 절감시킬 수 있다.
- ④ 숙련된 기술이 필요한 특수작업을 감소시키며, 전반적으로 작업이 단순화된다.
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11. 기계요소가 받는 피로(fatigue)현상과 관련한 설명으로 옳지 않은 것은?
- ① 피로시험을 통하여 얻은 S－N 곡선에서 무수히 많은 반복 응력을 주었을 때 피로파괴가 일어나지 않는 한계응력 값을 피로한도(fatigue limit)라고 한다.
- ② 정적하중과 동적하중이 동시에 작용하는 경우 가로축을 평균응력, 세로축을 응력진폭으로 나타낼 때, 피로 파손되는 한계를 내구선도로 나타낼 수 있으며, 여기에는 거버(Gerber) 선도, 굿맨(Goodman) 선도, 조더버그(Soderberg) 선도 등이 있다.
- ③ 실제 부품의 설계시 노치효과, 치수효과, 표면효과 등을 고려하여 내구선도를 수정하여 사용하여야 한다.
- ④ 기계요소의 피로수명을 강화시키려면 숏피닝(shot peening), 표면압연(surface rolling) 등의 방법으로 표면에 인장잔류 응력을 주면 된다.
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12. 나사산 수, 나사 유효지름, 나사산의 높이, 나사 줄 수를 설계 변수로 하여 설계된 너트로 어떤 물체를 체결하고자 할 때, 너트 나사의 접촉면 압력이 너무 크다. 해결책으로 가장 옳은 것은? (단, 너트의 높이는 일정 값으로 제한되어 있으며, 각 항에서 주어진 설계인자와 그에 종속된 변수 외에는 변하지 않는다고 가정한다)
- ① 나사산 수를 감소시킨다.
- ② 나사 유효지름을 증가시킨다.
- ③ 나사산의 높이를 줄인다.
- ④ 나사 줄 수를 증가시킨다.
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13. 두께 5mm인 강판을 지름 10mm인 리벳을 사용하여 1줄 겹치기 이음으로 결합하려고 할 때 결합효율을 최적으로 할 수 있는 리벳의 피치[mm]는? (단, 강판의 허용인장응력은 60MPa이고 리벳의 허용전단응력은 80MPa이다)
- ① 11
- ② 21
- ③ 31
- ④ 41
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14. 평벨트 전동장치에서 긴장측(팽팽한 측)의 벨트 장력이 250N이고, 접촉각과 마찰계수에 의한 장력비는 5이다. 풀리(pulley) 지름이 200mm일 때, 전달 토크[N·m]는?
- ① 20
- ② 200
- ③ 2000
- ④ 20000
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15. 비틀림 모멘트 T와 이것의 두 배 크기의 굽힘 모멘트 M(＝2T)을 동시에 받고 있는 중실축(solid shaft)에 발생하는 최대 전단응력은 비틀림 모멘트 T만 받고 있을 때 발생하는 최대 전단응력의 몇 배인가?
- ① √2
- ② √3
- ③ 2
- ④ 5
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16. 호칭번호 6310인 단열 레이디얼 볼베어링에 그리스(grease) 윤활로 30000시간의 수명을 주고자 한다. 이 베어링의 한계속도지수가 250000이라고 할 때, 사용 가능한 최대 회전속도[rpm]는?
- ① 5000
- ② 4000
- ③ 3000
- ④ 2500
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17. 커플링(coupling)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
- ① 올덤(Oldham) 커플링은 두 축이 평행하고, 두 축 사이의 거리가 가까울 때 사용한다.
- ② 고정 커플링은 두 축의 중심이 일직선상에 있고, 축방향 이동이 없는 경우에 사용한다.
- ③ 원통형 커플링은 플랜지 커플링의 한 종류로 일체형과 분할형이 있다.
- ④ 원통형 커플링 중 반겹치기 커플링은 주로 축방향 인장력이 작용할 경우에 사용한다.
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18. 양단 베어링이 지지하는 축의 중간지점에 회전체가 있는 동력 전달 시스템에서 축의 최대 처짐이 0.02 mm일 때, 모터의 상용 운전 속도[rpm]로 가장 적절하지 않은 것은? (단, 회전체 이외의 무게는 무시한다)
- ① 4500
- ② 6500
- ③ 8500
- ④ 9500
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19. 토션바(torsion bar)는 원형봉 한쪽 끝은 고정하고 다른 쪽 끝에 비틀림 모멘트 T를 작용하도록 하는 기계요소이다. 허용전단 응력을 τ, 안전계수(safety factor)를 2라 할 때, 이 원형봉의 최소 지름을 나타내는 식은?
- ①
- ②
- ③
- ④
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20. 내부에 압력에 의해 16900 N의 하중을 받는 압력용기 뚜껑을 볼트로 체결하려고 한다. 볼트의 인장강도는 420 N/mm2이고, 안전 계수는 5로 할 때, 필요한 볼트의 최소 수는? (단, 볼트 지름은 13mm이고, 굽힘에 의한 응력은 없다)
- ① 2
- ② 3
- ③ 4
- ④ 5
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