9급 기계 기계설계 기출문제 해설

총 100문항 · 문제·정답·해설·개념 무료 학습

이 회차는 100문항입니다. 자료를 읽고 푸는 문항이 9문항입니다. 풀이가 붙은 문항이 100문항입니다.

• 1

  크리프(creep) 현상에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 1. 크리프 곡선의 제1기 크리프에서는 변형률 속도가 증가한다.
  2. 2. 크리프 곡선의 제2기 크리프에서는 변형률 속도가 거의 일정하게 나타난다.
  3. 3. 가스터빈, 제트엔진, 로켓 등 고온에 노출되는 부품은 크리프 특성이 중요시 된다.
  4. 4. 일정한 하중이 작용하는 경우 온도가 높아지면 파단에 이르는 시간이 짧아진다.

  정답 1번

  🔍 보기별 해설

  1. 제1기(천이) 크리프는 시간이 지날수록 변형률 속도가 점점 줄어드는 구간이다. 가공경화가 회복보다 앞서기 때문인데 속도가 증가한다고 했으므로 옳지 않다(정답).
  2. 제2기(정상) 크리프는 가공경화와 회복이 균형을 이뤄 변형률 속도가 거의 일정한 직선 구간이다. 곡선에서 가장 길게 이어지는 구간이므로 맞다.
  3. 가스터빈 블레이드나 제트엔진, 로켓 노즐은 고온과 하중을 오래 함께 받는다. 그래서 재료를 고를 때 크리프 저항을 먼저 따지는 부품이므로 맞다.
  4. 하중이 같아도 온도가 오르면 원자 확산이 빨라져 변형이 더 빠르게 쌓인다. 그 결과 파단에 이르는 시간이 짧아진다는 설명이므로 맞다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 크리프 시험 곡선에서 하중을 건 직후 구간의 기울기를 자로 재어 접선 기울기를 눈금으로 읽어 보았다. 시간이 갈수록 기울기가 완만해지는 것을 보고 곡선 옆 여백에 감소라는 글자를 써 넣었다.
  2. 甲은 크리프 곡선의 가운데 구간에 자를 대고 늘어난 길이를 시간 눈금별로 읽어 표 칸마다 적었다. 같은 간격마다 늘어난 양이 거의 똑같은 것을 보고 직선 구간이라고 표시했다.
  3. 甲은 발전소 견학에서 가스터빈 블레이드에 니켈 초합금을 쓴다는 안내판 앞에 서서 재질 이름을 읽었다. 고온에서 오래 돌아도 늘어나지 않아야 하는 부품이라는 설명을 수첩에 옮겨 적었다.
  4. 甲은 같은 하중을 건 시편 두 개를 500℃와 600℃에서 각각 파단시킨 시험 결과표를 펼쳤다. 온도가 높은 쪽 시편이 훨씬 일찍 끊어진 것을 보고 두 파단 시간을 나란히 짚었다.

  제1기 크리프는 변형률 속도가 시간이 갈수록 줄어드는 천이 구간이다. 증가한다는 설명이 틀렸다.

• 2

  평행하지도 교차하지도 않는 두 축 사이에 동력을 전달하기 위해 사용하는 기어는?

  1. 1. 스퍼 기어
  2. 2. 베벨 기어
  3. 3. 크라운 기어
  4. 4. 하이포이드 기어

  정답 4번

  🔍 보기별 해설

  1. 스퍼 기어는 평행한 두 축 사이에 동력을 옮기는 원통형 기어이다. 두 축이 서로 나란해야 물리므로 평행하지도 교차하지도 않는 축에는 쓸 수 없어 옳지 않다.
  2. 베벨 기어는 원추 모양으로 두 축의 중심선이 한 점에서 만나는 교차축용이다. 축이 교차하는 배치에 쓰이므로 교차하지도 않는 축을 잇는 데는 옳지 않다.
  3. 크라운 기어는 피치면이 평면인 기어로 베벨 기어의 특수한 경우에 속한다. 맞물리는 축도 서로 교차하므로 어긋난 축용이 아니어서 옳지 않다.
  4. 하이포이드 기어는 스파이럴 베벨과 닮았지만 두 축이 서로 어긋나게 놓인다. 축이 교차하지도 평행하지도 않은 위치에서 동력을 전하므로 옳다(정답).

  🧮 풀이

  1. 甲은 공작 실습에서 스퍼 기어 한 쌍을 나란한 두 축에 끼워 손으로 돌려 보았다. 두 축의 중심선이 평행하게 놓인 것을 자로 재어 확인하고 도면 옆 여백에 실측한 간격과 함께 적어 두었다.
  2. 甲은 원추 모양 톱니바퀴 한 쌍을 직각으로 맞대어 놓고 두 축의 중심선을 연필로 길게 연장해 그렸다. 두 선이 도면 위 한 점에서 만나는 것을 보고 그 점에 동그라미를 친 뒤 교차라고 표시했다.
  3. 甲은 톱니가 원판 면에 세워진 크라운 기어를 축과 직각으로 놓인 상대 기어에 맞물려 돌려 보았다. 두 축이 직각으로 만나는 배치인 것을 짚고 각도기로 90°를 잰 뒤 노트에 그림으로 옮겼다.
  4. 甲은 자동차 종감속 장치를 분해해 구동 기어의 축이 링기어 중심보다 아래로 비껴 있는 것을 보았다. 두 축이 만나지 않고 어긋난 모습을 분해도와 견주어 사진으로 찍어 두었다.

  두 축이 평행하지도 교차하지도 않는 어긋난 축에는 하이포이드 기어를 쓴다.

• 3

  배관에서 조립 플랜지와 파이프를 이음하는 방식으로 옳지 않은 것은?

  1. 1. 나사 플랜지
  2. 2. 주조 플랜지
  3. 3. 리벳이음 플랜지
  4. 4. 용접이음 플랜지

  정답 2번

  🔍 보기별 해설

  1. 나사 플랜지는 파이프 끝에 나사를 내어 플랜지를 돌려 끼우는 조립식 방식이다. 용접이 어려운 곳에서 쓰는 조립 플랜지의 한 방식이므로 맞다.
  2. 주조 플랜지는 관과 플랜지를 한 덩어리로 주조해 일체로 만드는 형식이다. 따로 조립해 이음하는 방식이 아니므로 조립 플랜지의 이음에 해당하지 않아 옳지 않다(정답).
  3. 리벳이음 플랜지는 파이프에 플랜지를 얹고 리벳을 쳐서 붙이는 방식이다. 조립 플랜지를 파이프에 고정하는 방법 가운데 하나이므로 맞다.
  4. 용접이음 플랜지는 플랜지를 파이프 끝에 용접해 붙이는 방식이다. 고압 배관에 흔히 쓰이는 조립 플랜지의 이음이므로 맞다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 나사산이 파인 소구경 강관 끝에 플랜지를 돌려 끼우는 실습을 해 보았다. 용접기를 쓰지 않고 돌려서 조립한다는 점을 살펴 배관 공정표의 나사 이음 항목에 체크 표시를 했다.
  2. 甲은 주철 밸브 몸체에 관 접속부와 플랜지가 한 덩어리로 주조되어 있는 것을 손으로 쓸어 만져 보았다. 따로 조립한 이음선이 없다는 점을 짚고 그 자리를 사진으로 찍어 두었다.
  3. 甲은 옛 보일러 배관 도면에서 플랜지를 관에 리벳으로 박은 이음 부분을 찾아 짚어 보았다. 리벳 머리가 원을 따라 늘어선 모양을 머리 개수와 간격까지 도면 여백에 그대로 그려 두었다.
  4. 甲은 화학 플랜트 배관 공사장에서 관 끝에 플랜지를 맞대어 둘레를 용접하는 작업을 서서 지켜보았다. 용접선이 관 둘레를 한 바퀴 이어지는 모양을 살핀 뒤 작업 일지 오른쪽 칸에 써 넣었다.

  조립 플랜지는 나사·리벳·용접 등으로 관에 붙이고, 주조 플랜지는 일체형이라 조립 이음이 아니다.

• 4

  상온에서 초기응력 없이 양단이 고정되어 있는 강관에 고온의 유체가 흐를 때 발생하는 현상 및 그 특징으로 옳지 않은 것은?

  1. 1. 강관에 발생하는 길이 방향 하중은 압축력이다.
  2. 2. 강관에 발생하는 길이 방향 응력은 온도변화에 비례한다.
  3. 3. 강관에 발생하는 길이 방향 하중은 종탄성계수에 비례한다.
  4. 4. 강관에 발생하는 길이 방향 응력은 관 길이의 제곱에 비례한다.

  정답 4번

  🔍 보기별 해설

  1. 양단이 고정된 관이 열로 늘어나려 해도 벽이 막고 있어 밀어내는 힘이 생긴다. 늘어남을 억제하는 하중이므로 압축력이라는 설명은 맞다.
  2. 열응력은 탄성계수와 선팽창계수에 온도 변화를 곱해 얻어 온도 변화에 정비례한다. 온도차가 두 배면 응력도 두 배가 되므로 맞다.
  3. 구속된 관의 하중은 탄성계수·단면적·팽창계수·온도 변화를 곱한 값이다. 그래서 종탄성계수에 비례한다고 한 설명은 맞다.
  4. 열응력은 늘어나려는 양과 막힌 양이 같은 비율로 커져 길이가 식에서 지워진다. 응력은 관 길이와 무관한데 길이의 제곱에 비례한다고 했으므로 옳지 않다(정답).

  🧮 풀이

  1. 甲은 벽 사이에 끼워 고정한 강관에 뜨거운 물을 흘리는 실험 장치를 보았다. 관이 늘어나려다 벽을 밀어 압축력을 받는다는 설명 옆에 벽 쪽으로 향한 화살표를 그려 넣고 압축이라고 적었다.
  2. 甲은 관 온도를 20℃ 올릴 때와 40℃ 올릴 때의 응력을 계산해 표로 만들어 보았다. 온도차가 두 배가 되자 응력도 두 배가 되는 것을 보고 두 값을 나란히 메모해 두었다.
  3. 甲은 같은 온도 변화에서 강관과 알루미늄관에 생기는 하중을 견주는 표를 만들었다. 탄성계수가 큰 강관 쪽 하중이 더 크게 나온 칸을 찾아 형광펜으로 칠한 다음 밑줄을 그었다.
  4. 甲은 길이 1 m와 2 m인 양단 고정 강관에 같은 온도차를 주었을 때의 응력을 각각 계산했다. 두 값이 똑같이 나온 것을 보고 길이가 식에서 지워진다는 쪽지를 옆에 붙여 두었다.

  양단 고정관의 열응력은 온도차와 탄성계수에 비례하고 관 길이와는 무관하다.

• 5

  기준치수가 동일한 구멍과 축에서 구멍의 공차역이 H7일 때, 헐거운 끼워맞춤에 해당하는 축의 공차역은?

  1. 1. g6
  2. 2. js6
  3. 3. k6
  4. 4. m6

  정답 1번

  🔍 보기별 해설

  1. H7 구멍에 g6 축은 축 공차역이 기준선보다 아래에 놓여 항상 틈새가 남는다. 미끄럼 끼워맞춤에 가까운 헐거운 끼워맞춤이므로 옳다(정답).
  2. js6은 공차역이 기준선 위아래로 대칭이어서 H7 구멍과 짝지으면 틈새나 죔새가 어느 쪽으로도 날 수 있다. 헐거운 쪽으로만 확정되지 않는 중간 끼워맞춤이므로 옳지 않다.
  3. k6은 공차역이 기준선 위쪽에 걸쳐 H7 구멍과 짝지으면 대체로 조금의 죔새 쪽으로 기운다. 헐거운 끼워맞춤이라기보다 중간 끼워맞춤이므로 옳지 않다.
  4. m6은 k6보다 공차역이 더 위쪽에 있어 H7 구멍과 끼우면 죔새가 생기는 경우가 더 많다. 중간 끼워맞춤 가운데서도 조이는 쪽이라 헐거운 끼워맞춤이 아니므로 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 H7 구멍에 g6 축을 끼운 시편의 치수를 마이크로미터로 재어 보고 구멍 치수와 견주었다. 축이 구멍보다 항상 조금 작게 나온 것을 읽고 틈새 항목에 체크 표시를 했다.
  2. 甲은 H7 구멍과 js6 축의 공차역을 기준선 위아래로 그려 보고 각 축의 상하한 치수를 표시해 보았다. 공차대가 기준선 양쪽에 걸쳐 있어 틈새와 죔새가 모두 생길 수 있다는 점을 그림 옆에 적었다.
  3. 甲은 k6 축을 H7 구멍에 끼워 넣는 조립 실습을 두 번 되풀이했다. 손으로 밀어 넣으려면 약간의 힘이 필요한 것을 두 번 다 겪고 손바닥에 남은 자국까지 그 느낌을 실습 일지에 남겼다.
  4. 甲은 m6 축을 H7 구멍에 끼우려고 프레스로 압입하는 작업 현장을 지켜보았다. 손으로는 들어가지 않고 죔새가 생긴다는 점을 새겨 끼워맞춤 종류 표의 죔새 칸에 동그라미로 표시했다.

  H7 구멍에 헐거운 끼워맞춤이 되는 축은 공차역이 기준선 아래인 g6이다.

• 6

  다음 중 사이클로이드 치형의 특징이 아닌 것은?

  1. 1. 압력각이 변화한다.
  2. 2. 전위기어를 사용할 수 없다.
  3. 3. 언더컷이 발생하고 인벌류트 치형에 비해 소음이 크다.
  4. 4. 접촉면의 미끄럼률이 일정하며 치면의 마모가 균일하다.

  정답 3번

  🔍 보기별 해설

  1. 사이클로이드 치형은 맞물림이 진행되면서 접촉점의 접선 방향이 바뀌어 압력각이 계속 변한다. 인벌류트와 달리 압력각이 일정하지 않다는 설명이므로 맞다.
  2. 사이클로이드 치형은 볼록한 치두와 오목한 치저 곡선이 짝을 이뤄 물려서 전위 기어를 만들 수 없다. 전위로 중심거리를 조정하지 못한다는 설명이므로 맞다.
  3. 사이클로이드 치형은 치면이 서로 구르며 맞물려 언더컷이 생기지 않고 소음도 작은 편이다. 언더컷이 생기고 소음이 크다는 설명은 사실과 다르므로 특징이 아니다(정답).
  4. 사이클로이드 치형은 접촉점에서 미끄럼률이 일정해 치면 전체가 고르게 닳는다. 마모가 균일하다는 것은 이 치형의 대표 특징이므로 맞다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 사이클로이드 치형 기어를 한 치씩 돌려 가며 접촉점에서 접선을 그려 보고 손으로 짚어 보았다. 위치마다 접선 방향이 달라져 압력각이 바뀌는 것을 각도기로 재어 표에 적었다.
  2. 甲은 인벌류트 기어와 사이클로이드 기어로 전위 기어를 만들 수 있는지 견주는 자료를 읽었다. 비교표에서 사이클로이드는 전위가 불가능하다는 대목을 찾아 밑줄을 긋고 옆에 별표를 달았다.
  3. 甲은 잇수가 적은 사이클로이드 기어의 치근을 확대경으로 들여다보며 톱니 밑동 곡선을 훑어보았다. 치근이 파여 들어간 자국이 없는 것을 보고 언더컷 없음이라고 노트에 적어 두었다.
  4. 甲은 오래 쓴 사이클로이드 기어의 치면을 확대해 마모 자국의 깊이를 재어 보며 눈금자로 마모 폭도 읽어 보았다. 치면 전체에서 깊이가 고르게 나온 값을 표로 정리해 옆에 붙여 두었다.

  사이클로이드 치형은 언더컷이 생기지 않고 소음이 작다. 언더컷이 생기고 소음이 크다는 것은 특징이 아니다.

• 7

  그림과 같이 4개의 스프링에 의해 지지되는 강체의 중앙에 600 N의 하중을 가하여 강체가 60 mm 내려갈 때, 스프링상수 k_3 [N/mm]의 값은? (단, 스프링상수 값은 k_1 = 2k_3 , k_2 = 4k_3 의 관계를 가지며, 스프링과 강체의 무게는 무시한다)

  1. 1. 2
  2. 2. 2.5
  3. 3. 3
  4. 4. 3.5

  정답 3번

  🔍 보기별 해설

  1. k3가 2 N/mm이면 합성 스프링상수가 약 6.7 N/mm라 600 N에서 90 mm나 내려간다. 실제 처짐 60 mm를 만족하지 못하는 값이므로 옳지 않다.
  2. k3가 2.5 N/mm이면 합성 스프링상수가 약 8.3 N/mm라 600 N에서 72 mm 내려간다. 처짐이 60 mm보다 크게 나오므로 옳지 않다.
  3. 위쪽 k1과 k2는 직렬이라 4k3/3이고 아래 두 k3는 병렬로 2k3이다. 합성 10k3/3이 600/60=10 N/mm가 되도록 풀면 k3가 3 N/mm이므로 옳다(정답).
  4. k3가 3.5 N/mm이면 합성 스프링상수가 약 11.7 N/mm라 600 N에서 약 51 mm만 내려간다. 60 mm에 못 미치므로 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 k3를 2 N/mm로 놓고 합성 스프링상수를 6.7 N/mm로 계산해 처짐을 구했다. 600 N에서 90 mm가 나와 실제 60 mm와 어긋나는 것을 보고 계산지에 가위표를 쳤다.
  2. 甲은 k3를 2.5 N/mm로 넣어 합성 스프링상수 약 8.3 N/mm를 얻고 처짐을 계산했다. 72 mm로 나와 60 mm보다 크다는 점을 계산기 화면에서 읽어 표 옆에 써 두었다.
  3. 甲은 위쪽 두 스프링을 직렬로, 아래 두 스프링을 병렬로 묶어 합성 상수를 10 N/mm로 맞추는 식을 세웠다. 이 식에서 k3가 3 N/mm임을 구해 다시 넣어 검산한 뒤 답란에 옮겨 적었다.
  4. 甲은 k3가 3.5 N/mm인 스프링 네 개를 시험대에 물리고 600 N 추를 매달아 보았다. 눈금이 60 mm까지 내려가지 못하고 51 mm쯤에서 멈춘 것을 기록표에 담았다.

  위쪽 k1·k2는 직렬 4k3/3, 아래 두 k3는 병렬 2k3라 합성 10k3/3이고, 600 N에 60 mm이면 k3는 3 N/mm이다.

• 8

  지름 2 cm인 회전하는 중실축이 30 kg_f ․cm의 굽힘모멘트와 40 kg_f ․cm의 비틀림모멘트를 동시에 받고 있을 때, 발생하는 최대 굽힘응력[ kg_f /cm2]은? (단, π ＝ 3.2이고, 최대 주응력 이론을 적용한다)

  1. 1. 20
  2. 2. 30
  3. 3. 40
  4. 4. 50

  정답 4번

  🔍 보기별 해설

  1. 굽힘모멘트에 비틀림모멘트의 영향을 더한 등가 굽힘모멘트로 구해야 한다. 그렇게 얻은 값이 50인데 20은 그보다 훨씬 작은 값이라 옳지 않다.
  2. 굽힘모멘트 30만 넣어도 단순 굽힘응력이 약 37.5가 되어 이미 30을 넘는다. 비틀림 영향까지 넣은 최대 굽힘응력은 그보다 커야 하므로 30은 옳지 않다.
  3. 40은 등가 굽힘모멘트 40의 숫자를 응력 값으로 착각하기 쉬운 값이다. 여기에 32/(3.2×8)=1.25를 곱하면 40이 아니라 50이 되므로 옳지 않다.
  4. 등가 굽힘모멘트는 (30+루트(30²+40²))/2=40이고 여기에 32/(3.2×8)을 곱하면 50이다. 최대주응력 이론으로 구한 최대 굽힘응력이 50이므로 옳다(정답).

  🧮 풀이

  1. 甲은 등가 굽힘모멘트 계산을 건너뛰고 대충 어림해 20쯤일 것이라고 적어 보았다. 검산에서 굽힘모멘트만 넣어도 37.5가 나와 20이 너무 작은 것을 알고 그 숫자를 지웠다.
  2. 甲은 비틀림모멘트를 빼고 굽힘모멘트 30만으로 응력을 계산해 37.5를 얻었다. 비틀림 영향이 빠졌다는 점을 짚어 30이 될 수 없다는 말을 계산 표 옆 여백에 달아 두었다.
  3. 甲은 등가 굽힘모멘트 40을 응력 값으로 착각해 답란에 40이라고 적었다가 단위를 맞춰 보았다. 40에 1.25를 곱하면 50이 되는 것을 알고 잘못 쓴 답을 지운 뒤 고쳐 적었다.
  4. 甲은 굽힘 30과 합성값 50을 더해 반으로 나눠 등가 굽힘모멘트 40을 얻은 뒤 응력식에 넣어 보았다. 계산 결과가 50으로 나온 값을 계산기 화면에서 읽어 답란에 그대로 옮겼다.

  최대주응력 이론의 등가 굽힘모멘트는 (30+50)/2=40이고 32×40/(3.2×8)=50이다.

• 9

  지름 20 mm인 봉을 강판에 필릿용접하고 토크 T ＝ 65,000 kg_f ․mm를 가할 때, 용접부에 발생하는 최대 전단응력[ kg_f /mm2]은? (단, f ＝ 10/√(2) mm, π ＝ 3.2이고, 봉의 무게는 무시한다)

  1. 1. 6
  2. 2. 9
  3. 3. 12
  4. 4. 15

  정답 4번

  🔍 보기별 해설

  1. 6은 반지름 6 mm 위치에 해당하는 값으로 봉 안쪽이라 용접부에는 없는 자리이다. 용접부는 반지름 10~15 mm 구간이고 최대는 15이므로 옳지 않다.
  2. 9는 반지름 9 mm 위치의 값이라 역시 봉 안쪽에 해당한다. 용접부의 최대는 가장 바깥 반지름 15 mm에서 생기는 15이므로 옳지 않다.
  3. 12는 용접부 안쪽 반지름 12 mm 위치의 응력에 해당한다. 최대 전단응력은 용접부 바깥 가장자리 반지름 15 mm에서 생기고 그 값이 15이므로 옳지 않다.
  4. 목두께 5 mm를 두른 용접부는 바깥지름 30 mm, 안지름 20 mm인 환형이다. J=3.2×(30⁴−20⁴)/32=65,000이어서 τ=65,000×15/65,000=15로 옳다(정답).

  🧮 풀이

  1. 甲은 반지름 6 mm 지점의 전단응력을 구해 6이 나오는 것을 읽었다. 그 자리가 봉 안쪽이라 용접부가 아니라는 점을 봉 단면 그림에 색연필 빗금으로 안쪽과 구분해 표시했다.
  2. 甲은 반지름 9 mm 위치에서 응력 9를 얻은 뒤 봉 지름 20 mm와 용접부 범위를 대조해 보았다. 용접부는 반지름 10 mm 이상에서 시작한다는 점을 짚어 옆에 적어 두었다.
  3. 甲은 안쪽 반지름 12 mm 위치의 응력이 12로 나온 것을 계산기로 확인했다. 용접부 바깥 끝은 이보다 더 큰 값이라는 점을 봉 단면 그림 위에 바깥쪽으로 향한 화살표로 그려 넣었다.
  4. 甲은 용접부를 바깥지름 30 mm, 안지름 20 mm의 고리로 그려 극단면 2차 모멘트를 구했다. 가장 바깥쪽 15 mm 지점의 응력이 15로 나온 것을 답란에 옮겨 적었다.

  용접 목두께 5 mm를 두른 바깥지름 30 mm의 고리에서 극단면 2차 모멘트가 65,000이라 바깥 가장자리 응력은 15이다.

• 10

  지름 10 mm 리벳 20개로 강판에 1줄 겹치기 리벳이음을 한 후, 이 강판에 60 kN의 인장력을 가하였다. 이때 리벳 1개에 발생하는 전단응력[MPa]은? (단, π ＝ 3이다)

  1. 1. 30
  2. 2. 40
  3. 3. 50
  4. 4. 60

  정답 2번

  🔍 보기별 해설

  1. 30 MPa은 리벳 1개가 2,250 N만 받을 때의 값이다. 전체 하중 60 kN을 20개로 나눈 3,000 N과 맞지 않으므로 옳지 않다.
  2. 리벳 1개가 받는 힘은 60,000/20=3,000 N이고 단면적은 π=3으로 3×10²/4=75 mm²이다. 3,000/75=40 MPa가 나오므로 옳다(정답).
  3. 50 MPa이면 리벳 1개의 힘이 3,750 N이어야 해 20개 전체로는 75 kN이 걸린다. 실제 하중 60 kN보다 크므로 옳지 않다.
  4. 60 MPa이면 리벳 1개가 4,500 N을 받아야 하고 20개 합이 90 kN이 된다. 문제의 하중 60 kN보다 훨씬 커서 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 리벳 1개가 2,250 N만 받는다고 가정해 전단응력을 계산해 표에 30을 얻었다. 20개를 합하면 45 kN뿐이라 60 kN에 못 미친다는 점을 짚어 표에 써 넣었다.
  2. 甲은 60 kN을 리벳 수 20으로 나눠 3,000 N을 얻은 뒤 지름 10 mm 리벳의 단면적 75 mm²로 다시 나누었다. 40 MPa가 나온 것을 보고 답란에 옮겨 적었다.
  3. 甲은 전단응력 50 MPa를 가정해 리벳 1개의 힘을 3,750 N으로 역산했다. 20개를 곱하면 75 kN으로 60 kN을 넘는 것을 보고 계산지 옆에 가위표를 쳐 두었다.
  4. 甲은 시험편에 리벳 20개를 박고 인장기로 60 kN을 당기는 장면을 그려 보았다. 리벳 하나가 3,000 N만 맡으니 전단응력이 60 MPa까지 갈 이유가 없다고 표 여백에 메모했다.

  리벳 1개의 힘 3,000 N을 단면적 75 mm²로 나누면 전단응력은 40 MPa이다.

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  폭, 높이, 길이가 각각 b , h , L 인 평행키가 키홈 깊이 h/2 인 축에 삽입되어 있다. 이때 키에 생기는 전단응력이 τ , 압축응력이 σ_c 이고, σ_c ＝ 6τ 라고 할 때, h/b 는?

  1. 1. {1 / 6}
  2. 2. {1 / 3}
  3. 3. {2 / 3}
  4. 4. {3 / 2}

  정답 2번

  🔍 보기별 해설

  1. 키의 전단응력은 F/(bL)이고 압축응력은 F/((h/2)L)이라 σc/τ=2b/h이다. h/b가 1/6이면 이 비가 12가 되어 조건 6과 맞지 않아 옳지 않다.
  2. σc/τ=2b/h=6에서 h/b=1/3이 된다. 압축은 묻힌 높이 h/2에, 전단은 폭 b에 걸리는 면적으로 계산한 결과이므로 옳다(정답).
  3. h/b가 2/3이면 σc/τ=2b/h=3이 되어 조건 6의 절반에 그친다. 압축응력이 전단응력의 6배가 되는 조건과 맞지 않으므로 옳지 않다.
  4. h/b가 3/2이면 σc/τ=2b/h=4/3에 불과하다. 압축응력이 전단응력의 6배가 되려면 키가 훨씬 납작해야 하므로 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 h/b를 1/6로 놓고 압축응력과 전단응력의 비를 식 2b/h로 계산해 보았다. 비가 12로 나와 조건인 6의 두 배인 것을 보고 계산지에 붉은 글씨로 크게 적어 두었다.
  2. 甲은 압축응력 면적을 h/2에 길이를 곱한 값으로, 전단응력 면적을 폭에 길이를 곱한 값으로 세웠다. 비가 6이 되도록 방정식을 풀어 h/b가 1/3임을 구해 답란에 옮겨 적었다.
  3. 甲은 h/b를 2/3로 놓고 압축응력과 전단응력의 비 2b/h를 구해 3이 나온 것을 읽었다. 조건 6의 절반에 그친다는 점을 계산기 옆 계산지에 나란히 적어 견주어 보았다.
  4. 甲은 h/b를 3/2로 놓고 압축응력이 전단응력의 몇 배인지 식 2b/h로 계산했다. 4/3배밖에 안 되어 6배에 한참 못 미치는 값을 계산지에서 찾아 동그라미를 쳐 표시했다.

  키의 압축응력은 전단응력의 2b/h배이므로 2b/h=6에서 h/b=1/3이다.

• 12

  평벨트 전동에서 벨트에 작용하는 긴장측 장력 900 N, 벨트의 허용인장응력 2 N/mm2, 두께 2 mm, 이음효율이 90 %일 때, 벨트의 최소 폭[mm]은? (단, 벨트에 작용하는 원심력 및 굽힘응력은 무시한다)

  1. 1. 125
  2. 2. 250
  3. 3. 375
  4. 4. 500

  정답 2번

  🔍 보기별 해설

  1. 폭이 125 mm이면 3.6×125=450 N밖에 못 견뎌 900 N을 받으면 끊어진다. 최소 폭이 될 수 없으므로 옳지 않다.
  2. 벨트가 받는 힘은 폭×두께×허용응력×이음효율이므로 900=b×2×2×0.9이다. 이를 풀면 b=250 mm이므로 옳다(정답).
  3. 폭이 375 mm이면 3.6×375=1,350 N까지 견디는 폭이다. 필요한 900 N보다 크게 여유를 잡은 값이지 최소 폭이 아니므로 옳지 않다.
  4. 폭이 500 mm이면 3.6×500=1,800 N까지 견디는 폭이다. 필요한 힘의 두 배를 견디는 값으로 최소 폭이 아니어서 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 폭 125 mm 벨트가 견디는 힘을 3.6 N/mm에 곱해 450 N으로 계산했다. 긴장측 장력 900 N의 절반밖에 안 되는 값이라는 점을 계산지 옆 여백에 적어 두었다.
  2. 甲은 긴장측 장력 900 N을 허용응력 2, 두께 2, 효율 0.9의 곱 3.6으로 나누어 보았다. 250 mm가 딱 떨어지게 나온 것을 보고 답란에 큰 글씨로 옮겨 적었다.
  3. 甲은 폭 375 mm로 잡은 벨트의 허용 장력을 3.6 N/mm에 곱해 1,350 N을 얻었다. 900 N보다 넉넉히 크다는 점을 짚고 최소 폭이 아니라는 표시를 계산지에 남겼다.
  4. 甲은 폭 500 mm 벨트의 허용 장력을 단위 폭당 3.6 N/mm에 곱해 1,800 N이라고 적었다. 필요한 900 N의 두 배라 이 폭이 최소 폭이 될 수 없다는 점에 빨간 밑줄을 그었다.

  벨트 폭은 900÷(2×2×0.9)=250 mm이다.

• 13

  단판 원판 브레이크를 이용하여 회전하는 축을 제동하려고 한다. 브레이크를 축방향으로 미는 하중 P ＝ 100 N, 원판 브레이크 접촉면의 평균 반지름 R_m ＝ 25 mm , 마찰계수 μ ＝ 0.1일 때, 제동할 수 있는 최대 토크 T [N․mm]는? (단, 축방향 힘은 균일압력조건, 토크는 균일마모조건으로 한다)

  1. 1. 125
  2. 2. 200
  3. 3. 250
  4. 4. 500

  정답 3번

  🔍 보기별 해설

  1. 토크는 마찰력 μP에 평균 반지름 25 mm를 곱해 구한다. 0.1×100×25가 250인데 125는 그 절반이라 옳지 않다.
  2. 0.1×100=10 N의 마찰력에 25 mm를 곱하면 250 N·mm이다. 200은 반지름을 20 mm로 잘못 잡은 값이라 옳지 않다.
  3. 단판 브레이크의 제동 토크는 마찰력에 평균 반지름을 곱한 T=μPR_m이다. 0.1×100 N×25 mm=250 N·mm이므로 옳다(정답).
  4. 500은 접촉 반지름을 50 mm로 두었거나 마찰면을 둘로 셌을 때의 값이다. 단판 한 면의 마찰이므로 250이 맞아 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 마찰력 10 N에 평균 반지름 12.5 mm를 곱해 125를 얻었다. 지름과 반지름을 혼동해 절반으로 잡은 것을 알아채고 그림의 치수와 대조해 계산지 옆에 고쳐 적었다.
  2. 甲은 반지름을 20 mm로 잘못 읽어 10 N에 곱한 200을 답으로 적어 보았다. 그림의 R_m이 25 mm인 것을 다시 읽고 잘못 읽은 값과 대조해 틀린 곳에 줄을 그었다.
  3. 甲은 마찰계수 0.1과 미는 힘 100 N을 곱한 10 N에 평균 반지름 25 mm를 곱했다. 250 N·mm가 나오는 것을 계산기 화면에서 소수점까지 읽고 답란에 옮겨 적었다.
  4. 甲은 접촉 반지름을 50 mm로 잘못 보고 10 N에 곱해 500을 얻었다. 그림에서 R_m이 25 mm로 적힌 자리를 찾아 잘못 본 50 mm 옆에 정정 표시를 달아 두었다.

  단판 브레이크 제동 토크는 T=μPR_m=0.1×100×25=250 N·mm이다.

• 14

  축방향 하중 P ＝ 45 kg_f 를 지지하는 칼라(collar) 베어링에서 칼라의 안지름이 5 mm, 바깥지름이 10 mm이고, 칼라 베어링의 허용 압력이 0.2 kg_f /mm2일 때, 필요한 칼라의 최소 개수는? (단, π ＝ 3이다)

  1. 1. 2
  2. 2. 4
  3. 3. 6
  4. 4. 8

  정답 2번

  🔍 보기별 해설

  1. 칼라 한 개의 접촉 면적은 π(10²−5²)/4=56.25 mm²이고 허용 압력 0.2를 곱하면 11.25 kgf를 받는다. 2개면 22.5 kgf뿐이라 45 kgf를 못 받으므로 옳지 않다.
  2. 45를 11.25로 나누면 4가 된다. 칼라 4개가 하중을 나눠 받으면 각 접촉면 압력이 허용치를 넘지 않는 최소 개수이므로 옳다(정답).
  3. 6개면 67.5 kgf까지 받을 수 있어 45 kgf를 충분히 견디지만 필요한 최소는 아니다. 4개로 이미 조건을 채우므로 옳지 않다.
  4. 8개면 11.25×8=90 kgf까지 견뎌 하중 45 kgf의 두 배가 넘는다. 필요한 최소 개수가 아니라 여유가 지나친 값이므로 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 칼라 2개로 받을 수 있는 하중을 한 개당 11.25 kgf로 계산해 22.5 kgf라는 값을 얻었다. 45 kgf의 절반이라 모자란다는 점을 계산지 옆에 적어 두었다.
  2. 甲은 하중 45 kgf를 칼라 한 개가 받는 허용 하중 11.25 kgf로 나누어 4개를 얻었다. 나머지 없이 딱 떨어지는 정수 값이라 답란의 4개 칸에 그대로 옮겨 적었다.
  3. 甲은 칼라 6개일 때 받을 수 있는 허용 하중을 계산해 67.5 kgf를 얻었다. 45 kgf를 넘기기는 하지만 필요한 칼라의 최소 개수가 아니라는 점에 붉은 밑줄을 그었다.
  4. 甲은 칼라 8개로 늘리면 허용 하중이 90 kgf가 되는지 한 개당 값을 곱해 계산해 보았다. 필요한 45 kgf의 두 배라 지나치게 과한 값이라는 점을 짚어 옆에 표시했다.

  칼라 한 개는 56.25 mm²×0.2=11.25 kgf를 받으므로 45÷11.25=4개가 필요하다.

• 15

  내접원통마찰차에서 축간거리가 450 mm, 원동차의 회전속도가 300 rpm, 종동차의 회전속도가 100 rpm일 때, 원동차 지름 D_A [mm]와 종동차 지름 D_B [mm]는? (단, 마찰차 간 미끄럼은 없다고 가정한다)

  D_A D_B

  1. 1. 450 1,350
  2. 2. 900 2,700
  3. 3. 1,350 450
  4. 4. 2,700 900

  정답 1번

  🔍 보기별 해설

  1. 속도비가 300:100=3이므로 D_B=3D_A이다. 내접이라 축간거리는 (D_B−D_A)/2=D_A=450이어서 D_A=450, D_B=1,350이므로 옳다(정답).
  2. 900과 2,700은 지름비 3은 맞지만 축간거리 (D_B−D_A)/2가 900이 되어 450 mm 조건의 두 배라 옳지 않다.
  3. 원동차가 1,350이고 종동차가 450이면 종동차가 더 작아 회전이 오히려 빨라진다. 원동 300 rpm, 종동 100 rpm의 감속 조건과 맞지 않아 옳지 않다.
  4. 2,700과 900은 원동차가 더 큰 배치라 종동차 회전이 빨라져야 하고 축간거리도 900이 된다. 조건에 맞지 않아 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 회전속도 300과 100의 비 3을 지름비로 옮기고 내접 축간거리 식을 세웠다. 원동 450, 종동 1,350이 나온 것을 읽고 두 원을 안팎으로 맞닿게 겹쳐 그려 보았다.
  2. 甲은 원동차 900, 종동차 2,700으로 놓고 내접 축간거리 식에 넣어 구해 보았다. 900 mm가 나와 문제의 450 mm와 두 배 차이가 난다는 점을 옆에 적어 두었다.
  3. 甲은 원동차를 1,350, 종동차를 450으로 놓고 회전속도비를 계산했다. 종동차가 3배 빨리 도는 결과라 조건과 반대인 것을 알고 계산 결과 오른쪽 옆에 화살표로 표시했다.
  4. 甲은 지름 2,700 mm 원동차와 900 mm 종동차를 실제 크기로 그린 도면을 펼쳤다. 큰 바퀴가 작은 바퀴를 돌려 종동차가 더 빨리 돌고 축간거리도 900 mm인 점을 귀퉁이에 메모했다.

  속도비 3이므로 D_B=3D_A이고, 내접 축간거리 (D_B−D_A)/2=D_A=450이라 D_A=450, D_B=1,350이다.

• 16

  길이가 각각 l_1 , l_2 , l_3 이고 극관성모멘트가 각각 I(P 1) , I(P 2) , I(P 3) 인 축들이 그림과 같이 연결되어 있다. 축의 양 끝단에 비틀림 모멘트 T 가 작용할 때 전체 비틀림각을 구하는 식은? (단, 축 재료의 횡탄성계수는 G 이고 극관성모멘트는 축 단면의 중심에서 계산한 값이다)

  1. 1. {G / T} ({l_1 / I_P1} + {l_2 / I_P2} + {l_3 / I_P3})
  2. 2. {T / G} ({I_P1 / l_1} + {I_P2 / l_2} + {I_P3 / l_3})
  3. 3. {G / T} ({I_P1 / l_1} + {I_P2 / l_2} + {I_P3 / l_3})
  4. 4. {T / G} ({l_1 / I_P1} + {l_2 / I_P2} + {l_3 / I_P3})

  정답 4번

  🔍 보기별 해설

  1. 비틀림각 식은 T/G가 앞에 오고 안의 합은 l/I_p 꼴이어야 한다. 이 보기는 G/T가 앞에 붙어 있어 토크가 커질수록 각이 줄어드는 모순이 생겨 옳지 않다.
  2. 안의 합이 I_p/l 꼴이면 축이 길수록 각이 줄고 굵을수록 각이 커져 물리적으로 거꾸로이다. 비틀림각은 길이가 길수록 커지는 값이므로 옳지 않다.
  3. G/T가 앞에 붙고 안의 합도 I_p/l이라 앞뒤가 모두 거꾸로이다. 토크에 비례하고 길이에 비례해야 하는 비틀림각을 나타내지 못하므로 옳지 않다.
  4. 직렬로 이어진 축은 토크가 같아 구간별 비틀림각 Tl/(GI_p)를 더하면 된다. 이를 묶으면 T/G에 l_1/I_P1+l_2/I_P2+l_3/I_P3이므로 옳다(정답).

  🧮 풀이

  1. 甲은 첫째 식에서 G/T가 앞에 붙으면 토크가 클수록 각이 작아진다는 것을 알아보고 식을 다시 훑어보았다. 실제 비틀림 현상과 어긋난다는 점을 식 옆 여백에 빨간 글씨로 적어 두었다.
  2. 甲은 둘째 식에 축 길이를 두 배로 넣어 보니 각이 오히려 줄어드는 것을 알아챘다. 길이가 길수록 커져야 하는 값이라 이 식은 맞지 않는다는 점을 식 옆에 동그라미로 표시했다.
  3. 甲은 셋째 식에 토크를 두 배로 넣었을 때 각이 반으로 줄어드는 모순을 계산기로 직접 확인했다. 두 자리가 모두 거꾸로라는 점을 식 위 빈 곳에 큼직한 가위표를 그려 남겨 두었다.
  4. 甲은 세 축의 비틀림각 Tl/(GI_p)를 구간별로 하나씩 적어 더해 보았다. 하나로 묶은 식이 T/G에 l/I_p 합이 곱해진 꼴이 되는 것을 보고 세 구간의 합계를 정리해 답란에 옮겨 적었다.

  직렬 축의 전체 비틀림각은 구간별 Tl/(GI_p)의 합, 곧 (T/G)(l1/I1+l2/I2+l3/I3)이다.

• 17

  물체에 가해지는 힘 P 와 속도 v 가 주어졌을 때, 동력 H 를 구하는 식으로 옳지 않은 것은? (단, 1 PS ＝ 75 kg_f ․m/s이고, 중력가속도는 9.8 m/s2 이다)

  1. 1. H [kW] = {P [N] × v[m/s] / 1,000}
  2. 2. H [kW] = {P [kg_f ] × v[mm/s] / 9,800}
  3. 3. H [ PS ] = {P [ N ] × v[ m/s ] / 735}
  4. 4. H [PS] = {P [kg_f ] × v[mm/s] / 75,000}

  정답 2번

  🔍 보기별 해설

  1. 1 kW는 1,000 N·m/s이므로 힘 N에 속도 m/s를 곱해 1,000으로 나누면 kW가 된다. 단위가 정확히 맞으므로 맞다.
  2. 힘을 kgf, 속도를 mm/s로 넣으면 kgf·mm/s이고 1 kW는 약 102,000 kgf·mm/s이다. 9,800으로 나눈 식은 단위 환산이 틀려 옳지 않다(정답).
  3. 1 PS는 75 kgf·m/s이고 중력가속도 9.8을 곱하면 735 N·m/s이다. 힘 N에 속도 m/s를 곱해 735로 나누면 PS이므로 맞다.
  4. 1 PS가 75 kgf·m/s이면 mm/s로는 75,000 kgf·mm/s이다. 힘 kgf에 속도 mm/s를 곱해 75,000으로 나눈 식이 PS이므로 맞다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 힘 200 N이 초속 5 m로 움직일 때의 동력을 이 식에 넣어 1 kW가 나오는 것을 읽었다. 단위를 하나씩 소거해 kW로 남는지 따져 보고 식 옆에 체크 표시를 했다.
  2. 甲은 힘 100 kgf가 초속 1,000 mm로 움직일 때의 동력을 kW로 환산했다. 9,800으로 나눈 값과 정확한 환산값이 약 10배 다르다는 점을 표로 견주어 적어 두었다.
  3. 甲은 힘 735 N이 초속 1 m로 움직이는 경우를 동력 식에 그대로 넣어 1 PS가 나오는 것을 보았다. 75 kgf·m/s와 같은 크기임을 환산표와 견주어 식 옆에 메모해 두었다.
  4. 甲은 힘 75 kgf가 초속 1,000 mm로 움직일 때 동력을 식에 넣어 1 PS를 얻었다. 75 kgf·m/s를 mm 단위로 바꾼 값과 일치하는 것을 짚어 동그라미로 표시했다.

  kgf·mm/s를 kW로 바꾸려면 약 102,000으로 나눠야 하므로 9,800으로 나눈 식이 틀렸다.

• 18

  마찰각이 ρ , 리드각이 β , 유효지름이 d_m 인 사각나사를 이용하여 축하중 Q 인 물체를 들어올리기 위해 나사 유효지름의 원주에서 접선방향으로 가하는 회전력 P_1 = Q tan(ρ + β) , 토크 T_1 = Q d_m/2 tan(ρ + β) 이다. 동일한 사각나사를 이용하여 축하중 Q 인 물체를 내리기 위해 나사 유효지름의 원주에서 접선방향으로 가하는 회전력 P_2 와 토크 T_2 를 구하는 식은? (단, 자리면 마찰은 무시한다)

  P_2 T_2

  1. 1. Q tan(ρ - β) Q {d_m / 2} tan(ρ - β)
  2. 2. Q tan(β - ρ) Q {d_m / 2} tan(ρ - β)
  3. 3. Q tan(ρ - β) Q {d_m / 2} tan(β - ρ)
  4. 4. Q tan(β - ρ) Q {d_m / 2} tan(β - ρ)

  정답 1번

  🔍 보기별 해설

  1. 하강 회전력은 마찰각과 리드각의 차로 정해져 P_2=Q tan(ρ−β)이고 토크는 여기에 d_m/2를 곱한 T_2=Q(d_m/2)tan(ρ−β)이다. 두 식이 함께 맞으므로 옳다(정답).
  2. 회전력을 tan(β−ρ)로 쓰고 토크를 tan(ρ−β)로 쓴 조합이다. 두 식은 같은 각 차이를 써야 하는데 서로 부호가 어긋나 있어 옳지 않다.
  3. 회전력은 tan(ρ−β)이나 토크를 tan(β−ρ)로 적어 부호가 엇갈린 조합이다. 토크는 회전력에 d_m/2를 곱한 값이라 같은 각이어야 하므로 옳지 않다.
  4. 두 식 모두 tan(β−ρ)로 쓴 것으로 사각나사가 자립할 때(ρ>β)는 음수가 되는 부호이다. 내리는 데 필요한 회전력 P_2는 tan(ρ−β)이므로 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 자립하는 사각나사를 내리는 경우를 그려 마찰각이 리드각보다 클 때 필요한 회전력을 구했다. 회전력과 토크 두 식 모두 ρ−β로 쓴 것을 보고 계산지 답란에 옮겨 적었다.
  2. 甲은 P_2에는 β−ρ, T_2에는 ρ−β가 쓰인 식을 나란히 놓고 두 부호를 견주어 보았다. 같은 각 차이가 서로 반대로 적힌 자리를 찾아 식 옆 여백에 별표를 그려 넣었다.
  3. 甲은 P_2는 ρ−β인데 T_2는 β−ρ로 적힌 식을 보고 두 식의 대응을 따져 보았다. 토크는 회전력에 d_m/2를 곱할 뿐이라 각이 같아야 한다고 식 바로 밑에 써 두었다.
  4. 甲은 ρ가 β보다 큰 경우를 각도 수치로 넣어 두 식 모두 β−ρ로 쓰면 음수가 나오는 것을 보았다. 내릴 때 필요한 힘이 음수일 수 없다는 쪽지를 식 옆 여백에 붙여 두었다.

  사각나사를 내릴 때는 P_2=Q tan(ρ−β), T_2=Q(d_m/2)tan(ρ−β)이다.

• 19

  일반적인 사각형 맞물림 클러치의 턱(claw) 뿌리에 작용하는 굽힘응력에 영향을 주지 않는 것은?

  1. 1. 턱의 높이
  2. 2. 턱의 개수
  3. 3. 접촉 마찰계수
  4. 4. 클러치 바깥지름

  정답 3번

  🔍 보기별 해설

  1. 턱 뿌리의 굽힘은 힘이 작용하는 높이가 팔이 되어 생기는 모멘트이다. 높이가 커지면 굽힘모멘트가 커져 응력에 영향을 주므로 맞다.
  2. 전달 토크는 턱 여러 개가 나눠 받으므로 개수가 많을수록 하나가 받는 힘이 줄어든다. 굽힘응력에 영향을 주는 요소이므로 맞다.
  3. 굽힘응력은 턱이 받는 접선 방향 힘과 모멘트 팔, 단면 치수로 정해진다. 맞물림 면에 직접 걸리는 값이 아니어서 마찰계수는 영향을 주는 요소가 아니다(정답).
  4. 접선 방향 힘은 토크를 클러치 평균지름으로 나눈 값이라 지름이 바뀌면 턱이 받는 힘과 뿌리 단면이 모두 달라진다. 굽힘응력에 영향을 주는 요소이므로 맞다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 같은 힘으로 턱 높이만 10 mm에서 20 mm로 바꿔 굽힘모멘트를 계산했다. 높이가 두 배가 되자 모멘트도 두 배가 되는 값을 표의 나란한 두 칸에 나란히 적어 두었다.
  2. 甲은 같은 토크에서 턱을 3개에서 6개로 늘렸을 때 한 턱이 받는 힘이 반으로 줄어드는 계산을 해 보았다. 굽힘응력도 함께 줄어드는 모습을 턱 수에 따른 그래프로 그려 보았다.
  3. 甲은 마찰계수를 0.1에서 0.3으로 바꿔 넣고 턱 뿌리 굽힘응력 식을 계산했다. 식에 마찰계수가 들어가 있지 않아 결과가 그대로인 것을 보고 답란에 이유와 함께 한 줄 적었다.
  4. 甲은 클러치 바깥지름을 여러 값으로 바꿔 가며 턱에 걸리는 접선 방향 힘의 크기를 계산해 보았다. 지름이 커지면 힘이 달라지는 것을 보고 표 옆에 지름별 값을 메모해 두었다.

  맞물림 클러치 턱의 굽힘응력은 높이·개수·바깥지름에 좌우되고 접촉 마찰계수와는 무관하다.

• 20

  축각(shaft angle)이 90 °인 원추 마찰차가 있다. 원동차의 평균 지름이 600 mm이고 회전수가 100 rpm이다. 회전속도비가 1이고 마찰계수가 0.2일 때, 3 kW의 동력을 전달하기 위하여 원동축에 가해야 할 축방향 하중[N]은? (단, π ＝ 3, sin45 ° ＝ 0.7이다)

  1. 1. 2,000
  2. 2. 2,500
  3. 3. 3,000
  4. 4. 3,500

  정답 4번

  🔍 보기별 해설

  1. 원주속도 3 m/s에서 3 kW를 나누면 접선력 1,000 N이고 마찰계수 0.2로 나누면 수직력 5,000 N이다. 축방향 하중이 5,000×0.7=3,500이므로 2,000은 옳지 않다.
  2. 2,500은 수직력 5,000의 절반이다. sin45°=0.7을 곱해야 하는 자리에서 0.5를 곱했을 때 얻는 값이라 3,500과 맞지 않아 옳지 않다.
  3. 3,000은 수직력 5,000에 0.6을 곱한 값이다. 문제가 정한 sin45°=0.7을 곱하면 3,500이 되어 3,000과 맞지 않으므로 옳지 않다.
  4. 원주속도 3 m/s에서 접선력이 1,000 N이고 수직력은 1,000/0.2=5,000 N이다. 축방향 하중은 수직력에 sin45°를 곱한 5,000×0.7=3,500 N이므로 옳다(정답).

  🧮 풀이

  1. 甲은 수직력 5,000 N에 아무 계수나 곱해 2,000을 만들어 보았다. 곱한 값이 0.4가 되어 sin45°=0.7과 다른 것을 알아채고 그 계산 전체에 줄을 그어 지웠다.
  2. 甲은 마찰차 도면 여백에 수직력을 반으로 나눈 2,500 N을 축방향 하중이라고 써 넣었다. 곱한 계수가 0.5라 sin45°의 값 0.7과 다른 점이 걸려 붉은 펜으로 고쳤다.
  3. 甲은 수직력 5,000 N에 0.6을 곱해 3,000을 얻은 계산을 문제와 대조해 보았다. 문제가 준 sin45° 값이 0.7이라는 점을 짚고 옆에 올바른 계수로 다시 써 두었다.
  4. 甲은 3 kW를 원주속도 3 m/s로 나눠 접선력 1,000 N을 얻고 수직력을 거쳐 3,500 N을 구했다. 차례로 나온 값을 접선력, 수직력, 하중 순으로 한 줄씩 표에 적어 두었다.

  원주속도 3 m/s에서 접선력 1,000 N, 수직력 5,000 N이고 축방향 하중은 5,000×sin45°=3,500 N이다.

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  기계설계 시 적용되는 기하공차 중 모양공차(form tolerance)가 아닌 것은?

  1. 1. 직각도
  2. 2. 평면도
  3. 3. 진직도
  4. 4. 원통도

  정답 1번

  🔍 보기별 해설

  1. 직각도는 기준면이나 축에 대해 대상이 얼마나 직각에서 벗어났는지 규제하는 자세공차이다. 형상 자체가 아니라 기준에 대한 방향을 다루므로 모양공차가 아니다(정답).
  2. 평면도는 평면이 이상적인 평면에서 벗어난 크기를 규제하는 공차이다. 다른 기준 없이 형상만 보는 모양공차에 속하므로 맞다.
  3. 진직도는 직선 부분이 이상적인 직선에서 벗어난 크기를 규제하는 공차이다. 기준 없이 형상만 보는 모양공차에 속하므로 맞다.
  4. 원통도는 원통 표면이 이상적인 원통에서 벗어난 크기를 규제하는 공차이다. 기준 없이 형상만 보는 모양공차에 속하므로 맞다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 직각으로 세워야 하는 기둥 시편의 도면에서 직각도 기호와 기준면 문자가 함께 적힌 기입틀의 첫 두 칸을 읽었다. 기준이 붙어 방향을 규제하는 자세공차라고 보고 그 칸에 분류했다.
  2. 甲은 정반 위에 얹은 금속판의 윗면 여러 곳을 다이얼 게이지로 훑어 최대와 최소 눈금의 차를 읽었다. 그 차이가 도면에 적힌 평면도 공차 안에 드는지 검사표의 평면도 칸에 기록했다.
  3. 甲은 길이 300 mm 축의 표면에 곧은 자를 대고 자와 축 사이에 생긴 틈새를 필러 게이지로 재어 보았다. 가장 큰 틈새가 진직도 공차 안에 드는지 검사표 진직도 칸에 표시했다.
  4. 甲은 원통 시편의 단면을 세 높이에서 잡아 지름 편차를 마이크로미터로 재고 원통도 공차 안에 드는지 견주어 보았다. 높이별 측정값을 한 줄로 이어 방안지 그래프에 그려 두었다.

  직각도는 기준에 대한 방향을 다루는 자세공차이고, 진직도·평면도·원통도는 모양공차이다.

• 22

  미끄럼베어링에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 1. 구름베어링에 비해 기동마찰이 작다.
  2. 2. 구름베어링에 비해 고속회전에 유리하다.
  3. 3. 정압 미끄럼베어링이 동압 미끄럼베어링보다 설치비용이 적다.
  4. 4. 급유가 용이한 곳에서는 주로 오일리스(oilless) 베어링을 사용한다.

  정답 2번

  🔍 보기별 해설

  1. 미끄럼베어링은 시동 순간에 유막이 아직 형성되지 않아 금속끼리 닿아 마찰이 크다. 구름베어링보다 기동마찰이 작다고 한 것은 반대이므로 옳지 않다.
  2. 미끄럼베어링은 회전이 빨라질수록 유막이 두껍게 형성되어 안정되고 진동과 소음도 작다. 구름베어링의 한계 속도보다 고속에 유리한 점이 있으므로 옳다(정답).
  3. 정압 베어링은 외부 펌프로 압력유를 계속 공급하는 장치가 따로 필요해 설비가 늘어난다. 동압보다 설치비용이 적다는 설명은 반대이므로 옳지 않다.
  4. 오일리스 베어링은 기름을 스스로 머금은 소결 합금 등을 써서 급유가 어려운 곳에 쓴다. 급유가 쉬운 곳에서 주로 쓴다는 설명은 맞지 않으므로 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 자동차 시동을 걸 때 크랭크축 저널의 유막이 아직 얇다는 정비 설명서 대목을 읽었다. 정지 상태에서 금속이 맞닿아 처음 돌릴 때 저항이 크다는 문장에 붉은 밑줄을 그었다.
  2. 甲은 분당 수만 번 도는 터보 압축기 축에 미끄럼베어링이 쓰인 사례를 기술 자료에서 찾아냈다. 회전이 빠를수록 유막이 안정된다는 설명을 인덱스 카드 한 장에 항목별로 정리해 두었다.
  3. 甲은 외부 펌프와 배관이 따로 붙은 정압 베어링 시험 설비를 견학하며 장치 목록을 훑어보았다. 압력유 공급 장치가 더 필요해 설치비가 든다는 설명을 견적서 옆에 적어 두었다.
  4. 甲은 사람 손이 닿기 어려운 컨베이어 깊은 곳의 축받이 자리에 오일리스 베어링이 끼워진 것을 손전등으로 비춰 보았다. 급유가 어려운 자리에 쓴다는 점을 정비 노트에 옮겨 적었다.

  미끄럼베어링은 회전이 빠를수록 유막이 안정되어 고속회전에 유리하다.

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  유연성 커플링(flexible coupling)이 아닌 것은?

  1. 1. 기어 커플링
  2. 2. 그리드 커플링
  3. 3. 롤러체인 커플링
  4. 4. 분할원통 커플링

  정답 4번

  🔍 보기별 해설

  1. 기어 커플링은 바깥 기어와 안쪽 기어가 맞물려 축의 어긋남을 조금 허용한다. 그만큼 유연성을 가진 커플링에 속하므로 맞다.
  2. 그리드 커플링은 격자 모양의 스프링 강이 두 허브 홈에 끼워져 충격과 비틀림을 흡수한다. 유연성 커플링에 속하므로 맞다.
  3. 롤러체인 커플링은 두 스프로킷을 체인으로 감아 잇고 체인의 유격 덕에 축 어긋남을 조금 허용한다. 유연성 커플링에 속하므로 맞다.
  4. 분할원통 커플링은 두 축을 반으로 갈라진 원통으로 감싸 볼트로 조여 붙이는 고정 커플링이다. 축 어긋남을 허용하지 못하므로 유연성 커플링이 아니다(정답).

  🧮 풀이

  1. 甲은 감속기 출력축에 안쪽 기어와 바깥 기어가 맞물린 이음이 달린 것을 덮개를 열어 살폈다. 축이 살짝 어긋나도 돌아간다는 정비사의 설명을 듣고 유연성 커플링 항목으로 분류했다.
  2. 甲은 격자 모양의 강 스프링이 두 허브의 홈에 걸려 있는 단면 그림을 공책에 그대로 따라 그려 보았다. 충격이 스프링 쪽에서 흡수되어 축에 덜 전해진다는 설명 옆에 별표를 달았다.
  3. 甲은 스프로킷 두 개를 체인 하나로 감아 이은 이음을 손으로 잡아 흔들며 체인이 조금 헐거운 것을 느꼈다. 그 유격 덕에 축 어긋남을 견딘다는 설명을 수첩 여백에 옮겨 적었다.
  4. 甲은 반으로 갈린 두 원통이 축을 감싸고 볼트로 조여진 이음을 풀어 안쪽까지 들여다보았다. 축이 조금도 어긋날 수 없게 고정되는 구조라 고정형 단단한 이음 칸에 넣어 분류했다.

  분할원통 커플링은 축 어긋남을 허용하지 못하는 고정 커플링이라 유연성 커플링이 아니다.

• 24

  그림과 같은 단식 블록 브레이크에서 레버에 힘 F ＝ 105 N이 작용할 때, 제동토크[Nㆍmm]는? (단, D ＝ 200 mm, l_1 ＝ 1,000 mm, l_2 ＝ 200 mm, l_3 ＝ 50 mm, 마찰계수 μ ＝ 0.2이다)

  1. 1. 1,000
  2. 2. 2,000
  3. 3. 10,000
  4. 4. 20,000

  정답 3번

  🔍 보기별 해설

  1. 블록에 걸리는 수직력을 먼저 구해야 한다. 레버 평형으로 수직력이 500 N이 되므로 제동토크는 10,000이고 1,000은 열 배 작은 값이라 옳지 않다.
  2. 2,000은 수직력을 500이 아니라 100쯤으로 잘못 구했을 때 나오는 크기다. 모멘트 평형으로 N=500 N을 얻으면 토크는 10,000이므로 옳지 않다.
  3. 레버 모멘트 평형에서 105×1,000=N(200+0.2×50)이므로 N=500 N이다. 제동토크는 μN·D/2=0.2×500×100=10,000 N·mm이므로 옳다(정답).
  4. 20,000은 마찰력에 지름 200 mm를 그대로 곱해 반지름으로 바꾸지 않았을 때의 값이다. 제동토크는 반지름 100 mm를 써서 10,000이므로 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 마찰력 10 N에 드럼 반지름 100 mm를 곱해 1,000을 얻었다. 수직력을 50 N으로 어림한 값이라 레버 평형식으로 새로 구해야 한다고 계산지 여백에 적어 두었다.
  2. 甲은 수직력을 100 N으로 가정해 마찰력 20 N과 토크 2,000 N·mm를 차례로 구했다. 레버 평형식이 내는 값과 다른 것을 견주어 보고 그 줄을 계산지에서 지웠다.
  3. 甲은 레버 모멘트 평형식에 힘 105 N과 그림의 세 길이를 넣어 수직력 500 N을 얻었다. 마찰력 100 N에 반지름 100 mm를 곱해 10,000 N·mm를 답란에 옮겨 적었다.
  4. 甲은 마찰력 100 N에 드럼 지름 200 mm를 그대로 곱해 20,000이라는 값을 얻었다. 토크 식에는 지름이 아니라 반지름이 들어간다는 점을 떠올려 정정 표시를 붙여 두었다.

  레버 평형 F·l1=N(l2+μl3)에서 N=500 N이고 제동토크는 μN·D/2=10,000 N·mm이다.

• 25

  바깥지름이 8 cm인 중공축에 축방향으로 8,400 N의 하중을 가하여 4 MPa의 압축응력이 발생하였을 때, 안지름[cm]은? (단, π ＝ 3이다)

  1. 1. 4
  2. 2. 5
  3. 3. 6
  4. 4. 7

  정답 3번

  🔍 보기별 해설

  1. 단면적은 P/σ=8,400/4=2,100 mm²이어야 한다. 안지름 4 cm이면 0.75×(6,400−1,600)=3,600 mm²로 커서 압축응력이 약 2.3 MPa에 그치므로 옳지 않다.
  2. 안지름 5 cm이면 단면적이 0.75×(6,400−2,500)=2,925 mm²이고 응력은 약 2.9 MPa이다. 문제의 4 MPa보다 작아 옳지 않다.
  3. 필요한 단면적은 8,400/4=2,100 mm²이고 π=3이면 0.75(6,400−d²)=2,100에서 d²=3,600이다. 안지름이 60 mm, 곧 6 cm이므로 옳다(정답).
  4. 안지름 7 cm이면 단면적이 0.75×(6,400−4,900)=1,125 mm²이고 응력은 약 7.5 MPa로 4 MPa를 훨씬 넘는다. 조건에 맞지 않아 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 바깥지름 8 cm에 안지름을 4 cm로 놓고 단면적을 계산해 3,600 mm²를 얻었다. 하중 8,400 N을 나눠 보니 4 MPa에 못 미쳐 여유가 남는 값이라고 표에 적어 두었다.
  2. 甲은 안지름 5 cm 중공축의 단면적을 2,925 mm²로 구해 8,400 N을 나누어 응력을 계산했다. 2.9 MPa쯤에서 멈추는 것을 보고 조건 4 MPa에 모자란다고 표시했다.
  3. 甲은 필요한 단면적 2,100 mm²를 먼저 구하고 바깥지름 8 cm 원의 넓이에서 빼 안지름을 거꾸로 셈했다. 안지름이 60 mm로 나온 것을 답란에 옮겨 적고 동그라미를 쳤다.
  4. 甲은 안지름을 7 cm로 두면 벽이 얇아져 단면적이 1,125 mm²로 줄어드는 것을 계산했다. 응력이 7.5 MPa 가까이 올라 조건을 넘는다는 점을 계산지 옆에 짚어 두었다.

  필요 단면적 8,400÷4=2,100 mm²이고 0.75(6,400−d²)=2,100에서 안지름은 60 mm이다.

• 26

  그림과 같이 볼트에 축하중 Q 가 작용할 때 볼트 머리부의 전단응력은 볼트축 인장응력의 1/2 이다. 이때 볼트 머리부의 높이( H )와 볼트 지름( d )의 비 (H/d) 는?

  1. 1. {1 / 3}
  2. 2. {1 / 2}
  3. 3. {2 / 3}
  4. 4. {3 / 4}

  정답 2번

  🔍 보기별 해설

  1. 볼트 머리 전단응력은 Q/(πdH), 축의 인장응력은 4Q/(πd²)이다. H/d가 1/3이면 전단응력이 인장응력의 3/4배가 되어 절반 조건과 맞지 않아 옳지 않다.
  2. 전단응력 Q/(πdH)를 인장응력 4Q/(πd²)의 1/2인 2Q/(πd²)와 같게 놓으면 d²=2dH이므로 H=d/2이다. 그러므로 H/d=1/2이어서 옳다(정답).
  3. H/d가 2/3이면 전단응력이 인장응력의 3/8배에 그쳐 절반에 못 미친다. 머리가 높을수록 전단응력이 줄어드는 방향으로 지나치므로 옳지 않다.
  4. H/d가 3/4이면 전단응력이 인장응력의 1/3배에 그친다. 조건인 1/2보다 훨씬 작아 머리 높이가 지나치게 높은 경우이므로 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 머리 높이를 지름의 1/3로 그린 볼트에서 전단응력과 인장응력의 비를 구해 3/4이 나오는 것을 읽었다. 문제의 절반 조건과 다르다는 점을 표 옆 여백에 작은 글씨로 적어 두었다.
  2. 甲은 머리 둘레 πd에 높이 H를 곱한 면적으로 전단응력을 세우고 볼트축 인장응력의 절반과 같게 놓아 보았다. H가 d/2로 나온 것을 답란에 옮겨 적고 둘째 식이라고 번호를 달았다.
  3. 甲은 H를 지름의 2/3로 넣고 두 응력의 비를 계산해 3/8이라는 값을 얻었다. 문제에서 요구한 1/2보다 작은 값이라는 점을 짚어 계산지에 붉은 엑스로 오답 표시를 했다.
  4. 甲은 H를 지름의 3/4로 넣고 두 응력의 비를 계산해 1/3이 나온 것을 절반 조건과 견주었다. 머리가 높을수록 전단응력이 더 작아진다는 문장에 밑줄을 두 줄 그어 두었다.

  볼트 머리 전단응력 Q/(πdH)를 축 인장응력 4Q/(πd²)의 1/2와 같게 놓으면 H=d/2이다.

• 27

  두께 5 mm, 바깥지름 305 mm인 원통형 압력용기의 원주방향 허용응력이 90 MPa일 때, 용기 내 최대허용압력[MPa]에 가장 가까운 값은? (단, 박판 용기로 가정한다)

  1. 1. 1.5
  2. 2. 3.0
  3. 3. 4.5
  4. 4. 6.0

  정답 2번

  🔍 보기별 해설

  1. 압력을 1.5 MPa로 놓고 원주방향 응력 pD/(2t)를 계산하면 1.5×300/10=45 MPa이다. 허용응력 90 MPa의 절반에 그치므로 최대허용압력이 아니어서 옳지 않다.
  2. 바깥지름 305 mm에서 두께 5 mm를 한 번 빼 반영한 평균지름은 300 mm이다. p=2σt/D=2×90×5/300=3.0 MPa이므로 옳다(정답).
  3. 4.5 MPa이면 원주방향 응력이 pD/(2t)=4.5×300/10=135 MPa로 허용 90 MPa를 넘는다. 압력을 이렇게 높일 수 없으므로 옳지 않다.
  4. 6.0 MPa이면 원주방향 응력이 6×300/10=180 MPa로 허용응력의 두 배이다. 용기가 견디지 못하는 압력이므로 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 최대허용압력을 1.5 MPa로 어림해 적은 뒤 용기 벽이 받는 원주방향 응력을 다시 셈했다. 허용치의 절반인 45 MPa밖에 되지 않아 더 올릴 수 있다는 점을 표에 적어 두었다.
  2. 甲은 바깥지름에서 벽 두께를 한 번만 뺀 평균지름으로 허용압력을 구하는 순서를 풀이지에 옮겼다. 계산기에서 3.0 MPa가 나온 것을 보고 그 값을 답란 맨 아래에 적어 두었다.
  3. 甲은 시험 압력을 4.5 MPa까지 올린 경우를 가정해 벽에 생기는 응력을 셈했다. 135 MPa로 허용치 90 MPa를 넘어 용기가 견디지 못한다는 점을 붉은 펜으로 표시했다.
  4. 甲은 압력 6.0 MPa를 원주방향 응력 식에 넣어 벽응력이 180 MPa에 이르는 것을 계산했다. 허용 90 MPa의 두 배라 터질 수 있다는 점을 계산지 옆에 짚어 두었다.

  박판 원통 원주방향 응력 pD/(2t)에서 평균지름 300 mm를 쓰면 p=2×90×5/300=3.0 MPa이다.

• 28

  기계도면에서 데이텀에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 1. 데이텀 삼각기호는 직각이등변 삼각형으로 표시할 수 있다.
  2. 2. 공차 영역을 규제하기 위해 설정한 이론적으로 정확한 기하학적 기준이다.
  3. 3. 공통 축직선 또는 중심평면이 데이텀인 경우 중심선에 데이텀 삼각기호를 붙인다.
  4. 4. 데이텀의 우선순위를 지정할 때는 데이텀을 지시하는 문자를 우선순위가 높은 순서대로 같은 구획에 기입한다.

  정답 4번

  🔍 보기별 해설

  1. 데이텀 삼각기호를 직각이등변삼각형으로 나타내는 표기가 쓰이므로 이 설명은 옳은 진술에 든다. 기호 모양에 관한 내용이라 틀린 곳이 없어 맞다.
  2. 데이텀은 공차 영역을 정하는 이론적으로 정확한 기하학적 기준이다. 실제 부품 면은 이 기준을 재현하는 수단일 뿐이므로 설명이 맞다.
  3. 축직선이나 중심평면이 데이텀일 때는 치수선 화살표 자리가 아니라 중심선에 삼각기호를 붙여 표시한다. 공통 축직선 표기법과 같으므로 맞다.
  4. 우선순위를 지정할 때는 데이텀 문자를 같은 구획에 몰아 쓰지 않고 우선순위가 높은 순서대로 왼쪽에서 오른쪽으로 다른 구획에 나누어 기입한다. 같은 구획이라고 한 것은 틀렸으므로 옳지 않다(정답).

  🧮 풀이

  1. 甲은 도면 견본에서 직각이등변삼각형이 부품 표면 선에 붙은 기호를 찾아냈다. 그것이 데이텀을 가리키는 표시로 쓰인다는 견본 옆 주석을 읽고 도면 여백에 옮겨 달아 두고 별표를 쳤다.
  2. 甲은 실제 부품 표면의 얼룩진 면과 도면상의 이상적인 평면을 나란히 그려 보았다. 공차 영역이 이론적으로 정확한 기준에서 정해진다는 점을 짚어 그림 옆에 작은 글씨로 적어 넣었다.
  3. 甲은 원통 부품 도면에서 데이텀 삼각기호가 치수선 연장 위가 아니라 중심선 위에 얹힌 것을 찾았다. 축직선을 데이텀으로 삼는다는 뜻이라고 읽고 여백에 붉은 동그라미로 표시했다.
  4. 甲은 공차 기입틀 하나를 그려 문자 A, B, C를 왼쪽 칸부터 나누어 넣어 보았다. 우선순위가 높은 문자일수록 왼쪽에 오는 순서를 화살표로 이어 그리고 1, 2, 3 번호를 매겼다.

  데이텀 우선순위는 문자를 우선순위가 높은 순서대로 왼쪽에서 오른쪽으로 서로 다른 구획에 기입한다.

• 29

  KS 재료 규격에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 1. GC150: 회주철품으로 최저인장강도가 150 N/mm2이다.
  2. 2. SF340A: 탄소강 단강품으로 최저인장강도가 340 N/mm2이다.
  3. 3. SS400: 일반 구조용 압연 강재로 최저인장강도가 400 N/mm2이다.
  4. 4. SM20C: 기계구조용 탄소 강재로 최저인장강도가 20 N/mm2이다.

  정답 4번

  🔍 보기별 해설

  1. GC150은 회주철품을 뜻하고 뒤의 숫자는 최저 인장강도 150 N/mm²이다. 재료 기호를 읽는 법이 맞으므로 맞다.
  2. 재료 기호 SF340A는 탄소강 단강품이고 뒤의 340이 최저 인장강도 N/mm²이다. 기호를 읽는 법이 맞으므로 맞다.
  3. 재료 기호 SS400은 일반 구조용 압연 강재이고 400이 최저 인장강도 N/mm²이다. 기호를 읽는 법이 맞으므로 맞다.
  4. SM20C의 20C는 탄소 함유량이 대략 0.20%임을 뜻하는 숫자이지 인장강도가 아니다. 최저 인장강도가 20 N/mm²라고 한 설명은 틀리므로 옳지 않다(정답).

  🧮 풀이

  1. 甲은 주물 공장에서 GC150이 찍힌 회주철 주물의 시험 성적서를 손에 받아 들었다. 최저 인장강도가 150 N/mm²로 적힌 칸을 규격표와 대조해 수첩 한 쪽에 표로 옮겨 놓았다.
  2. 甲은 단조품 납품서에서 SF340A 표기를 찾아 뒤에 붙은 숫자를 강도 항목에 대응시켜 보았다. 340 N/mm² 이상이라고 적힌 규격표 줄에 노란 형광펜으로 표시해 두었다.
  3. 甲은 건축 철골 자재 검수표에 SS400이라고 적힌 것을 읽고 규격 설명을 찾아보았다. 일반 구조용 압연 강재이며 400 N/mm² 이상이라는 설명을 검수표 옆에 붙여 두었다.
  4. 甲은 SM20C 시험편의 성분 분석표를 받아 탄소 함량 칸의 숫자를 읽어 보았다. 0.2% 안팎으로 나온 것을 보고 20C가 탄소량을 뜻한다는 점을 성분표 여백에 써 두었다.

  SM20C의 20C는 탄소 함유량 약 0.20%를 뜻하며 최저 인장강도가 아니다.

• 30

  베어링 위에 설치한 윤활유 탱크로부터 베어링에 급유하고, 이때 흘러나온 윤활유는 펌프를 이용하여 탱크로 순환시키는 방식의 윤활법은?

  1. 1. 링 윤활법
  2. 2. 적하 윤활법
  3. 3. 중력 윤활법
  4. 4. 그리스 윤활법

  정답 3번

  🔍 보기별 해설

  1. 링 윤활법은 축에 걸친 링이 회전하며 기름통의 윤활유를 끌어올려 베어링에 공급한다. 탱크에서 흘려 내려 펌프로 순환시키는 방식이 아니므로 옳지 않다.
  2. 적하 윤활법은 기름 방울을 일정한 간격으로 베어링에 떨어뜨려 공급한다. 흘러나온 기름을 펌프로 탱크에 되돌리는 순환 구조가 아니므로 옳지 않다.
  3. 중력 윤활법은 베어링보다 높은 곳에 둔 윤활유 탱크에서 중력으로 급유하고, 흘러나온 기름을 펌프로 탱크에 되돌려 순환시킨다. 설명한 방식과 같으므로 옳다(정답).
  4. 그리스 윤활법은 반고체 윤활제를 베어링에 채워 넣어 쓰는 방식이라 펌프로 기름을 돌리지 않는다. 설명과 맞지 않으므로 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 공장 축 위에 링이 헐렁하게 걸려 아래쪽 기름통에 잠겨 있는 것을 살펴보았다. 링이 함께 돌며 기름을 끌어올린다는 설명을 듣고 그 구조를 공책 한 면에 단면 스케치로 그렸다.
  2. 甲은 베어링 위에 달린 작은 기름통에서 방울이 일정한 간격으로 떨어지는 것을 시계를 보며 세어 보았다. 분당 방울 수를 점검표 한 칸에 숫자로 기록하고 평균 방울 수를 내 보았다.
  3. 甲은 베어링 위 높은 자리의 탱크와 아래에서 기름을 다시 퍼 올리는 펌프 배관이 이어진 도면을 손가락으로 따라가 보았다. 기름이 순환하는 흐름을 화살표로 그려 두고 흐름 번호를 달았다.
  4. 甲은 베어링 안쪽에 그리스가 가득 발린 것을 손끝으로 문질러 굳기를 확인해 보았다. 기름처럼 흘러내리지 않고 그대로 붙어 있다는 점을 점검표 비고 칸에 그리스 상태라고 적었다.

  윤활유 탱크에서 중력으로 급유하고 흘러나온 기름을 펌프로 탱크에 되돌리는 방식은 중력 윤활법이다.

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• 31

  축에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 1. 비틀림 모멘트만을 받는 원형 중실축의 중심에서 전단응력은 없다.
  2. 2. 바흐(Bach)의 축 설계조건은 굽힘모멘트를 받는 축의 강도설계에 사용된다.
  3. 3. 축에 묻힘키를 사용하는 경우 축에 파여진 키홈의 영향으로 축의 강도가 저하된다.
  4. 4. 같은 크기의 토크를 전달할 때, 중공축이 중실축에 비해 무게를 가볍게 할 수 있다.

  정답 2번

  🔍 보기별 해설

  1. 비틀림만 받는 원형 중실축의 전단응력은 중심에서 0이고 바깥으로 갈수록 반지름에 비례해 커진다. 중심에서 전단응력이 없다는 설명이 맞으므로 맞다.
  2. 바흐의 축 설계조건은 축의 비틀림각을 제한해 비틀림 강성을 확보하는 조건이다. 굽힘모멘트를 받는 축의 강도설계에 쓴다고 한 설명은 틀리므로 옳지 않다(정답).
  3. 묻힘키를 끼우려고 축에 키홈을 파면 단면이 줄고 응력이 홈 모서리에 몰려 강도가 떨어진다. 그 내용을 옳게 말한 설명이므로 맞다.
  4. 같은 토크를 전달할 때 중공축은 재료를 바깥쪽에 모으고 안쪽 재료를 덜어 낸 구조라 무게를 줄일 수 있다. 설명이 맞으므로 맞다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 원형 봉의 단면에 비틀림 전단응력을 반지름 방향 화살표 길이로 그려 보았다. 중심에서는 화살표가 점으로 사라지는 것을 보고 그 자리의 응력이 0이라고 단면 그림 옆에 적었다.
  2. 甲은 축 설계 교재에서 바흐의 축 공식이 나오는 쪽을 펼쳐 조건을 읽었다. 굽힘이 아니라 허용 비틀림각을 기준으로 지름을 정하는 조건이라는 대목에 밑줄을 긋고 쪽 번호를 옆에 적었다.
  3. 甲은 키홈이 파인 시편과 파이지 않은 시편을 같은 토크로 비틀어 보며 파단 순서를 살폈다. 홈이 있는 쪽이 먼저 갈라지는 것을 보고 강도 저하를 시험 결과표의 비고 칸에 적었다.
  4. 甲은 같은 토크를 전달하도록 만든 중실축과 중공축의 무게를 저울로 각각 달아 견주었다. 중공축이 훨씬 가볍게 나온 값을 기록표 옆에 나란히 붙여 두고 무게 차이를 계산해 적었다.

  바흐의 축 설계조건은 비틀림각을 제한하는 비틀림 강성 조건이지 굽힘 강도설계용이 아니다.

• 32

  안지름 200 mm인 관 속을 흐르는 유체의 평균유량이 0.3 m3/s일 때, 유체의 평균유속[m/s]은? (단, π ＝ 3이다)

  1. 1. 5
  2. 2. 10
  3. 3. 15
  4. 4. 20

  정답 2번

  🔍 보기별 해설

  1. 단면적 A=3×0.2²/4=0.03 m²이고 v=Q/A=0.3/0.03=10 m/s이다. 5 m/s이면 유량이 0.15 m³/s가 되어 조건의 절반이므로 옳지 않다.
  2. 연속방정식 Q=Av에서 A=πd²/4=3×0.04/4=0.03 m²이므로 v=0.3/0.03=10 m/s이다. 계산 결과와 같으므로 옳다(정답).
  3. 15 m/s이면 흐르는 유량이 0.03×15=0.45 m³/s가 되어 조건 0.3보다 많다. 평균유속이 이렇게 빠를 수 없으므로 옳지 않다.
  4. 20 m/s이면 유량이 0.03×20=0.6 m³/s로 조건의 두 배이다. 실제 유량 0.3 m³/s에서는 10 m/s가 나오므로 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 관 단면적 0.03 m²에 유속 5 m/s를 곱해 유량을 거꾸로 계산해 보았다. 0.15 m³/s로 조건 0.3 m³/s의 절반밖에 되지 않는다는 점을 메모지에 적었다.
  2. 甲은 안지름 200 mm를 미터로 바꾸어 0.2로 쓰고 관 단면적 0.03 m²를 구했다. 유량 0.3을 이 값으로 나눈 10 m/s를 답란에 옮겨 적고 단위를 m/s로 붙여 두었다.
  3. 甲은 유속 15 m/s로 흐르는 물이 이 관을 지나면 유량이 얼마가 되는지 계산했다. 0.45 m³/s로 실제 유량보다 큰 값이 나와 계산지의 그 줄을 지우고 옆에 오답이라고 적었다.
  4. 甲은 유속 20 m/s를 넣어 계산한 유량 0.6 m³/s를 실제 유량 0.3 m³/s와 나란히 적었다. 두 배 차이가 나서 이 보기는 아니라고 보기 번호 옆에 가위표로 표시했다.

  연속방정식 Q=Av에서 A=3×0.2²/4=0.03 m²이므로 v=0.3/0.03=10 m/s이다.

• 33

  볼나사(ball screw)의 특징으로 옳은 것만을 모두 고르면?

  ㄱ. 고속 구동 시 소음이 작다.

  ㄴ. 가격이 저렴하고 가공하기 쉽다.

  ㄷ. 나사효율이 높고 백래시가 작다.

  ㄹ. NC 공작기계, 자동차의 조향장치에 사용된다.

  1. 1. ㄱ, ㄴ
  2. 2. ㄱ, ㄹ
  3. 3. ㄴ, ㄷ
  4. 4. ㄷ, ㄹ

  정답 4번

  🔍 보기별 해설

  1. ㄱ은 볼이 순환하며 부딪혀 고속에서 소음이 커지는 볼나사에 맞지 않고, ㄴ은 가공이 까다롭고 값이 비싼 볼나사와 반대이다. 두 항목이 모두 틀려 옳지 않다.
  2. 내용 ㄹ은 맞지만 ㄱ은 볼나사가 고속으로 구동할 때 소음이 크다는 점을 놓친 서술이다. 한 항목이 틀린 묶음이므로 옳지 않다.
  3. 내용 ㄷ은 맞지만 ㄴ은 볼나사가 정밀 가공이 필요해 값이 비싸다는 사실과 어긋난다. 한 항목이 틀린 묶음이므로 옳지 않다.
  4. ㄷ은 볼이 굴러 마찰이 작아 효율이 높고 예압으로 백래시를 줄인다는 옳은 설명이다. ㄹ도 NC 공작기계와 조향장치에 쓰이는 맞는 설명이라 이 묶음이 맞다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 고속으로 돌아가는 볼나사 이송 장치 옆에서 소음 측정기를 대 소리를 재고 견적서의 나사 가격도 견주어 보았다. 소음이 크고 값도 비싼 것을 표에 나란히 적어 두고 두 항목을 묶어 표시했다.
  2. 甲은 NC 선반의 이송축 분해도를 펼쳐 볼나사가 쓰인 자리를 짚었다. 고속에서 소음이 있다는 사용 설명서의 주의 문구를 찾아 형광펜으로 그어 두고 쪽수와 항목 번호를 적었다.
  3. 甲은 볼나사와 일반 나사의 백래시를 다이얼 게이지로 각각 재어 보았다. 볼나사 쪽이 작게 나오지만 가공이 까다로워 값이 비싼 점을 결과표에 나란히 옮겨 적고 두 값의 차이를 계산했다.
  4. 甲은 자동차 조향장치와 NC 공작기계에 볼나사가 쓰인 사례를 찾아 목록으로 정리했다. 효율이 높고 백래시가 작다는 이유를 두 기기 옆에 각각 적어 붙이고 목록 제목을 달아 두었다.

  볼나사는 나사효율이 높고 백래시가 작으며 NC 공작기계와 조향장치에 쓰인다(ㄷ, ㄹ). 정답은 4번.

• 34

  외접하는 두 평기어(spur gear)의 각속도 비가 1 : 3, 잇수 합이 80개, 모듈이 5 mm일 때, 두 기어 사이의 중심거리[mm]는?

  1. 1. 200
  2. 2. 250
  3. 3. 300
  4. 4. 350

  정답 1번

  🔍 보기별 해설

  1. 각속도비 1:3이면 잇수는 3:1이므로 잇수 합 80에서 60개와 20개가 된다. 중심거리는 m(z1+z2)/2=5×80/2=200 mm이므로 옳다(정답).
  2. 250은 모듈 5에 잇수 합을 100으로 놓았을 때의 중심거리이다. 문제의 잇수 합은 80이므로 200이어서 옳지 않다.
  3. 300은 잇수 합을 120으로 잘못 놓았을 때 나오는 값이다. 잇수 합이 80이면 중심거리는 5×80/2=200이므로 옳지 않다.
  4. 350은 잇수 합을 140으로 둔 값이다. 각속도비와 무관하게 중심거리는 잇수 합에만 좌우되어 200이므로 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 각속도비 1:3을 뒤집어 잇수비 3:1로 바꾸고 잇수 합 80개를 60개와 20개로 나누어 적었다. 모듈 5를 곱해 절반으로 줄이니 200이 나온 것을 답란에 옮겨 적었다.
  2. 甲은 잇수 합을 100개로 잘못 읽어 모듈 5를 곱하고 반으로 나눠 250을 얻었다. 문제의 합이 80개라는 점을 다시 읽어 대조하고 답란의 그 값을 지우고 80개로 다시 적었다.
  3. 甲은 잇수 합을 120개로 놓고 계산해 300이라는 값을 적어 보았다. 문제에는 80개라고 되어 있어 숫자를 대조하고 계산지의 그 줄을 정정 표시로 고치고 옆에 80개라고 적었다.
  4. 甲은 잇수 합을 140개로 놓고 350을 얻은 뒤 각속도비가 결과에 영향을 주는지 살폈다. 중심거리가 잇수 합과 모듈만으로 정해진다는 점을 식 옆에 적어 두고 밑줄을 그었다.

  각속도비 1:3이면 잇수는 3:1이라 60개와 20개이고 중심거리는 5×80/2=200 mm이다.

• 35

  벨트전동과 체인전동에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 1. 벨트전동은 피동축에 과부하가 걸렸을 때 충격을 흡수할 수 있다.
  2. 2. 벨트전동은 초기 장력이 필요 없는 반면 체인전동은 초기 장력이 필요하다.
  3. 3. 벨트전동은 마찰에 의한 전동이며 체인전동은 맞물림에 의한 전동이다.
  4. 4. 체인전동은 미끄럼이 없어 일정한 속도비를 얻을 수 있다.

  정답 2번

  🔍 보기별 해설

  1. 벨트는 마찰로 동력을 전하기 때문에 피동축에 과부하가 걸리면 벨트가 미끄러져 충격을 흡수한다. 설명이 사실과 같으므로 맞다.
  2. 벨트는 마찰을 만들기 위해 초기 장력을 걸어 두어야 하고 체인은 맞물림으로 전하므로 초기 장력이 필요 없다. 설명이 뒤바뀌어 있으므로 옳지 않다(정답).
  3. 벨트전동은 접촉면의 마찰로, 체인전동은 체인과 스프로킷의 맞물림으로 동력을 전한다. 두 전동의 원리를 옳게 말한 것이므로 맞다.
  4. 체인은 스프로킷 이에 맞물려 돌기 때문에 미끄럼이 없어 일정한 속도비를 얻는다. 체인전동의 장점을 옳게 말한 설명이므로 맞다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 컨베이어 벨트에 갑자기 큰 짐이 걸려 벨트가 풀리 위에서 미끄러지는 장면을 지켜보았다. 충격이 그대로 전달되지 않고 흡수되었다는 내용을 정비 기록지의 비고 칸에 남겼다.
  2. 甲은 벨트를 새로 걸 때 장력 게이지로 처음 당기는 힘을 맞추는 과정을 지켜보았다. 벨트에는 이 초기 장력 작업이 따르지만 체인은 없이 걸어도 된다는 설명을 옆에 적어 두었다.
  3. 甲은 마찰로 도는 평벨트 풀리와 톱니로 맞물려 도는 스프로킷을 공책에 나란히 스케치했다. 접촉 방식이 마찰과 맞물림으로 다르다는 점을 각각의 이름 아래에 색을 달리해 표시했다.
  4. 甲은 자전거 체인이 한 바퀴 돌 때 이동하는 거리를 마디 수로 세어 뒷바퀴 회전수와 견주었다. 언제나 같은 비율로 도는 것을 표로 정리해 두고 바퀴당 비율을 계산해 표 아래에 적었다.

  벨트는 마찰을 만들려고 초기 장력이 필요하고 체인은 맞물림이라 초기 장력이 필요 없다.

• 36

  질량관성모멘트가 4 kgㆍm2인 플라이휠이 부착된 전단기가 강판을 절단하여 회전속도가 2,400/ π rpm에서 1,200/ π rpm으로 감소하였을 경우 전단기가 한 일[kJ]은?

  1. 1. 2.4
  2. 2. 4.8
  3. 3. 9.6
  4. 4. 19.2

  정답 3번

  🔍 보기별 해설

  1. 운동에너지 ½Jω²에서 ω1=80 rad/s, ω2=40 rad/s이므로 ΔE=½×4×(6,400−1,600)=9,600 J이다. 2.4 kJ은 그 4분의 1이라 옳지 않다.
  2. 4.8 kJ은 J를 4가 아닌 2로 놓았거나 ½를 한 번 더 곱했을 때의 값이다. 정확한 감소량은 9.6 kJ이므로 옳지 않다.
  3. 2,400/π rpm은 각속도 80 rad/s, 1,200/π rpm은 40 rad/s이다. 한 일은 ½×4×(80²−40²)=9,600 J=9.6 kJ이므로 옳다(정답).
  4. 19.2 kJ은 ½를 곱하지 않고 Jω² 차이를 그대로 구한 값이다. 운동에너지는 ½Jω²이므로 9.6 kJ이어서 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 Jω² 차이 19.2 kJ을 4로 나누어 2.4 kJ을 얻었다. 운동에너지 식의 계수는 ½이지 ¼이 아니라는 점을 알고 계산지의 그 줄을 지우고 새 줄에 다시 계산해 보았다.
  2. 甲은 관성모멘트를 2로 잘못 읽고 ½Jω² 차이를 구해 4.8 kJ을 얻었다. 문제에 주어진 J가 4임을 문제지에서 찾아 대조하고 답란의 값을 정정하고 다시 계산해 4.8이 아님을 확인했다.
  3. 甲은 회전속도 rpm을 rad/s로 바꿔 80과 40을 얻고 두 속도의 운동에너지 차이를 구했다. 9,600 J을 kJ로 고친 9.6을 답란에 옮겨 적고 9.6에 동그라미를 쳤다.
  4. 甲은 운동에너지 식의 ½를 빼먹고 Jω² 차이를 그대로 계산해 19.2 kJ을 얻었다. 값이 절반이 되어야 한다는 점을 계산지에 붉은 펜으로 크게 표시하고 옆에 ½를 써 두었다.

  4 kg·m²의 플라이휠이 80에서 40 rad/s로 줄 때 한 일은 ½×4×(80²−40²)=9.6 kJ이다.

• 37

  두께가 10 mm인 평벨트로 연결된 원동축 풀리와 종동축 풀리를 각각 300 rpm, 200 rpm으로 회전시키려고 할 때, 종동축 풀리의 지름[mm]은? (단, 원동축 풀리의 지름은 600 mm이고 벨트 두께를 고려하며 벨트와 풀리 사이에 미끄럼은 없다)

  1. 1. 895
  2. 2. 900
  3. 3. 905
  4. 4. 910

  정답 3번

  🔍 보기별 해설

  1. 895는 풀리 지름에 두께를 더하는 자리에서 반대로 뺐을 때 나오는 값이다. 벨트 중심원 지름은 풀리 지름에 두께를 더하므로 905가 맞아 옳지 않다.
  2. 900은 두께를 고려하지 않고 600×300/200으로 계산한 값이다. 문제가 벨트 두께를 고려하라고 했으므로 905이어서 옳지 않다.
  3. 벨트 중심선 기준 속도가 같으려면 (600+10)×300=(D2+10)×200이다. D2+10=915이므로 D2=905 mm이어서 옳다(정답).
  4. 910은 지름비로 구한 900에 두께 10을 그대로 더해 만든 값이다. 두께는 양쪽 풀리에 더한 뒤 종동 쪽에서 한 번 빼야 하므로 905이어서 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 원동 풀리 지름 600 mm에서 두께 10을 뺀 590으로 계산해 895를 얻었다. 벨트 중심원은 풀리 지름에 두께를 더해야 한다는 점을 떠올리고 부호를 고쳐 다시 계산해 보았다.
  2. 甲은 벨트 두께를 무시하고 지름 600에 속도비 1.5를 곱해 900을 얻었다. 문제가 두께를 고려하라고 한 것을 다시 읽어 확인하고 이 값은 지우고 옆에 붉은 펜으로 오답 표시를 했다.
  3. 甲은 원동 쪽 610 mm에 300을 곱한 값을 종동 쪽 (D2+10)에 200을 곱한 값과 같게 놓았다. 915에서 10을 빼 905를 구하고 답란에 옮겨 적고 동그라미를 쳤다.
  4. 甲은 900에 두께 10을 더해 910을 만들어 보았다. 양쪽 풀리에 두께를 더하고 한 번 빼는 순서를 지키지 않았다는 점을 계산지 옆에 짚고 붉은 펜으로 두 줄 밑줄을 그었다.

  벨트 두께를 고려한 (600+10)×300=(D2+10)×200에서 D2=905 mm이다.

• 38

  그림과 같이 질량관성모멘트가 J [kgㆍm2]인 강체 원판이 설치된 축에 주기적인 토크 T [Nㆍm]가 작용하여 비틀림 진동이 발생할 때, 위험속도[rpm]는? (단, 축의 길이는 l [m], 지름은 d [m], 전단탄성계수는 G [N/m2]이고, 축의 자중은 무시한다)

  1. 1. {15d^2 / 2 π} √({π G / 2J l})
  2. 2. {15d^2 / 2 π} √({π J l / G})
  3. 3. {30d^2 / π} √({G / π J l})
  4. 4. {30d^2 / π} √({π J l / G})

  정답 1번

  🔍 보기별 해설

  1. 비틀림 강성 k=GI_p/l=πGd⁴/(32l)이고 위험속도는 √(k/J)이다. rpm으로 바꾸려고 30/π를 곱하면 (15d²/2π)√(πG/2Jl)이 되어 이 식과 같으므로 옳다(정답).
  2. 근호 안에 J와 l이 분자에 들어 있어 강성이 클수록 위험속도가 낮아지는 꼴이다. 비틀림 고유진동수는 강성에 비례해 커지므로 옳지 않다.
  3. 앞 계수 30d²/π와 근호 안 G/(πJl)의 조합은 지름 4승 항과 32의 상수를 맞추지 못한다. 유도한 식과 상수가 달라 옳지 않다.
  4. J와 l이 근호 분자에 있어 강성이 클수록 위험속도가 낮아지는 꼴이고 상수도 다르다. 고유진동수는 강성이 클수록 높아지므로 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 축을 비틀림 스프링으로 보고 GI_p/l에 극관성모멘트 πd⁴/32를 넣어 강성을 구했다. 여기에 원판 관성 J를 나누어 rpm으로 바꾸니 첫째 식과 같아져 그 식에 밑줄을 그었다.
  2. 甲은 둘째 식에 축 길이를 두 배로 넣어 위험속도가 오히려 커지는 것을 계산했다. 긴 축일수록 낮은 속도에서 공진해야 하는데 반대라 그 식에 가위표를 쳐 두고 이유를 옆에 적었다.
  3. 甲은 셋째 식에 π가 몇 번 곱해졌는지 세어 직접 유도한 식과 견주어 보았다. 상수 32가 어디에도 보이지 않아 맞지 않는다는 점을 식 옆에 달아 두고 유도 과정 쪽수를 적었다.
  4. 甲은 전단탄성계수 G를 두 배 큰 재료로 바꾸면 위험속도가 어떻게 되는지 넷째 식에 넣어 보았다. 값이 오히려 줄어드는 것을 보고 강성이 큰 축은 진동수가 올라가야 한다고 적어 두었다.

  비틀림 강성 k=πGd⁴/(32l)에서 ω=√(k/J)이고 rpm으로 바꾸면 (15d²/2π)√(πG/2Jl)이다.

• 39

  내접원통마찰차에서 축간거리가 600 mm, 원동차의 회전속도가 1,000 rpm, 종동차의 회전속도가 250 rpm, 마찰차를 밀어붙이는 힘이 600 N일 때, 최대전달동력[W]은? (단, 마찰계수 μ ＝ 0.2이다)

  1. 1. 600 π
  2. 2. 800 π
  3. 3. 1,200 π
  4. 4. 1,600 π

  정답 2번

  🔍 보기별 해설

  1. 축간거리 600에서 지름비 4를 쓰면 원동차 400 mm, 종동차 1,600 mm이다. 속도 20π/3 m/s에 마찰력 μP=120 N을 곱한 값이 800π이므로 600π는 4분의 3 크기라 옳지 않다.
  2. 속도비 1,000:250=4이고 내접이라 D2−D1=1,200에서 D1=400, D2=1,600 mm이다. 원주속도 20π/3 m/s에 μP=120 N을 곱하면 800π W이므로 옳다(정답).
  3. 1,200π는 원주속도를 10π m/s로 잘못 잡았을 때 나오는 값이다. 원동차 400 mm에서 속도는 20π/3 m/s이므로 800π여서 옳지 않다.
  4. 1,600π는 800π의 두 배로 마찰력을 240 N으로 잡았거나 속도를 두 배로 계산한 값이다. 마찰력은 μP=120 N이므로 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 원동차 지름을 300 mm로 잘못 구해 속도 5π m/s에 120 N을 곱하고 600π를 얻었다. 지름이 400 mm가 되어야 한다는 점을 알고 계산 순서를 처음부터 고쳤다.
  2. 甲은 지름비 4와 축간거리 600 mm로 두 바퀴 지름 400과 1,600을 구한 뒤 속도와 마찰력을 곱해 800π를 얻었다. 단계별 값을 표 한 장에 정리해 두고 각 줄에 단위를 달았다.
  3. 甲은 원주속도를 10π m/s로 놓고 120 N을 곱해 1,200π를 얻었다. 400 mm 원동차의 실제 속도 5π와 다르다는 점을 짚어 계산지의 그 줄을 지우고 옆에 오답이라고 적었다.
  4. 甲은 마찰력을 240 N으로 두고 속도를 곱해 1,600π를 얻었다. 마찰계수 0.2와 미는 힘 600 N의 곱이 120 N이라는 점을 문제와 대조해 정정 표시를 붙이고 밑줄을 그었다.

  지름비 4와 축간거리 600 mm로 원동차 400 mm, 원주속도 20π/3 m/s이고 동력은 μP·v=120×20π/3=800π W이다.

• 40

  와이어 로프에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 1. 철 또는 강철의 철사를 꼬아서 만든다.
  2. 2. 윈치, 기중기 등에서 동력을 전달할 때 사용된다.
  3. 3. 와이어 로프를 거는 방법에는 연속식과 병렬식이 있다.
  4. 4. 스트랜드의 꼬임과 소선의 꼬임이 반대 방향인 꼬임 방식은 랭꼬임이다.

  정답 4번

  🔍 보기별 해설

  1. 와이어 로프는 철이나 강철의 가는 철사(소선)를 여러 가닥 꼬아 스트랜드를 만들고 다시 꼬아 만든다. 설명이 맞으므로 맞다.
  2. 와이어 로프는 유연하고 강도가 커 윈치와 기중기에서 동력을 전하거나 무거운 물건을 끌어올리는 데 쓰인다. 설명이 사실과 같으므로 맞다.
  3. 와이어 로프를 거는 방법으로 연속식과 병렬식이 있다고 한 설명은 이 문제의 옳은 진술에 든다. 걸이 방식에 관한 내용이라 틀린 곳이 없어 맞다.
  4. 스트랜드 꼬임과 소선 꼬임이 반대 방향인 것은 보통꼬임이고 같은 방향인 것이 랭꼬임이다. 반대 방향을 랭꼬임이라 한 것은 틀렸으므로 옳지 않다(정답).

  🧮 풀이

  1. 甲은 로프 끝을 풀어 가는 철사 가닥이 여러 개 꼬여 한 줄이 되는 것을 손끝으로 살폈다. 소선이 모여 스트랜드가 되는 구조를 공책에 단면 그림으로 그리고 이름을 적어 넣었다.
  2. 甲은 공사 현장의 윈치 드럼에 굵은 와이어 로프가 감긴 것을 가까이서 보았다. 기중기 후크에도 같은 종류의 로프가 쓰인다는 점을 사진으로 찍어 두고 날짜와 장소를 적어 두었다.
  3. 甲은 도르래에 로프를 한 줄로 이어 감은 그림과 여러 줄을 나란히 걸친 그림을 공책에 각각 그렸다. 두 방식의 이름을 연속식과 병렬식으로 그림 밑에 적어 넣고 두 그림 사이를 화살표로 연결했다.
  4. 甲은 로프 표면에서 소선 방향과 스트랜드 방향을 손가락으로 따라가며 비교해 보았다. 두 방향이 서로 반대인 것을 보고 랭꼬임이 아니라 보통꼬임 칸에 표시하고 이유를 옆에 적었다.

  스트랜드 꼬임과 소선 꼬임이 반대 방향이면 보통꼬임이고, 같은 방향이 랭꼬임이다.

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• 41

  축과 구멍의 끼워맞춤에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 1. 끼워맞춤 방식은 구멍기준 끼워맞춤과 축기준 끼워맞춤이 있다.
  2. 2. 구멍이 크고 축이 작아서 헐겁게 끼워 맞출 때, 그 치수의 차가 틈새이다.
  3. 3. 헐거운 끼워맞춤에서 최소 틈새는 구멍의 최소 허용치수에서 축의 최대 허용치수를 뺀 수치이다.
  4. 4. 억지 끼워맞춤에서 최대 죔새는 축의 최소 허용치수에서 구멍의 최대 허용치수를 뺀 수치이다.

  정답 4번

  🔍 보기별 해설

  1. 끼워맞춤 방식은 구멍을 기준으로 삼는 구멍기준과 축을 기준으로 삼는 축기준 두 가지가 있다. 방식의 종류를 옳게 말한 설명이므로 맞다.
  2. 구멍이 축보다 커서 헐겁게 끼워질 때 두 치수의 차를 틈새라고 한다. 구멍 치수에서 축 치수를 뺀 양수가 틈새이므로 정의를 옳게 말한 설명이라 맞다.
  3. 헐거운 끼워맞춤의 최소 틈새는 구멍이 가장 작고 축이 가장 클 때 생기므로 구멍 최소 허용치수에서 축 최대 허용치수를 뺀 값이다. 설명이 맞으므로 맞다.
  4. 억지 끼워맞춤의 최대 죔새는 축이 가장 크고 구멍이 가장 작을 때 생기므로 축 최대 허용치수에서 구멍 최소 허용치수를 뺀 값이다. 축 최소에서 구멍 최대를 뺀다는 것은 최소 죔새이므로 옳지 않다(정답).

  🧮 풀이

  1. 甲은 구멍기준 표와 축기준 표를 나란히 펼쳐 놓고 각각 어느 쪽 치수가 기준선인지 연필로 표시했다. 부품 종류에 따라 둘 중 하나를 고른다는 점을 표 아래 빈칸에 적어 넣었다.
  2. 甲은 지름 20.05 mm 구멍에 지름 19.98 mm 축을 끼운 시편의 치수를 마이크로미터로 재 보았다. 구멍이 더 큰 만큼의 차가 틈새라는 점을 짚어 측정표 끝 칸에 옮겨 적었다.
  3. 甲은 구멍 최소치수 25.000과 축 최대치수 24.980을 공차표에서 찾아 계산기로 서로 뺐다. 0.020이 가장 좁은 틈새라는 점을 확인해 계산 옆에 빨간 동그라미를 쳤다.
  4. 甲은 축 최대 25.030과 구멍 최소 25.000으로 억지 끼워맞춤의 가장 큰 죔새 0.030을 구했다. 축 최소와 구멍 최대의 차는 최소 죔새라는 점을 식 아래에 풀어 써 두었다.

  억지 끼워맞춤의 최대 죔새는 축 최대 허용치수에서 구멍 최소 허용치수를 뺀 값이다.

• 42

  미터나사에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 1. 두줄 나사에서 리드는 피치의 두 배이다.
  2. 2. 미터 가는나사는 호칭지름 × 피치로 표시한다.
  3. 3. 수나사의 골지름과 암나사의 안지름이 최대지름이다.
  4. 4. M24 수나사는 미터 보통나사로서 바깥지름이 24 mm이다.

  정답 3번

  🔍 보기별 해설

  1. 두줄 나사는 나사산이 두 줄이라 한 바퀴 돌 때 나사가 피치의 두 배만큼 나아간다. 리드가 피치의 두 배라는 설명이 맞으므로 맞다.
  2. 미터 가는나사는 M 뒤에 호칭지름과 피치를 곱하기 기호로 이어 표시한다. 보통나사와 구별하려고 피치를 밝히는 표기이므로 맞다.
  3. 수나사에서 골지름, 암나사에서 안지름은 나사산 아래쪽에 해당하는 가장 작은 지름이다. 이를 최대지름이라 한 설명은 틀렸으므로 옳지 않다(정답).
  4. M24는 미터 보통나사의 호칭이고 24는 수나사 바깥지름이 24 mm임을 뜻한다. 표기의 의미를 옳게 말한 것이므로 맞다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 플라스틱 두줄 나사 모형을 한 바퀴 돌려 나사가 나아가는 거리를 눈금자로 재어 보았다. 피치 두 배만큼 움직이는 값이 나온 것을 나사 종류별 비교표 둘째 줄에 옮겨 적었다.
  2. 甲은 부품 기계요소 도면 한 장에서 M20×1.5라고 적힌 표기를 소리 내어 읽고 피치 값에 밑줄을 쳤다. 호칭지름 뒤에 피치가 붙어 있어 가는나사임을 알고 보통나사와 구별해 표기 밑에 작게 메모했다.
  3. 甲은 M12 수나사를 버니어 캘리퍼스의 턱으로 재어 산봉우리 지름과 골 지름을 각각 읽었다. 골 쪽 값이 더 작은 것을 견주어 그 값이 최소지름이라고 노트 여백에 써 넣었다.
  4. 甲은 공구함 볼트 머리에 M24로 새겨진 것을 보고 수나사 바깥지름을 캘리퍼스로 재어 보았다. 24 mm에 가깝게 나온 값을 호칭 옆에 나란히 적어 나사 규격표와 두 수를 견주어 보았다.

  수나사의 골지름과 암나사의 안지름은 최대지름이 아니라 가장 작은 지름이다.

• 43

  시간에 따라 크기가 변하는 동하중에 해당하는 것만을 모두 고르면?

  ㄱ. 충격하중 ㄴ. 분포하중

  ㄷ. 반복하중 ㄹ. 양진하중

  1. 1. ㄱ, ㄴ
  2. 2. ㄷ, ㄹ
  3. 3. ㄱ, ㄷ, ㄹ
  4. 4. ㄴ, ㄷ, ㄹ

  정답 3번

  🔍 보기별 해설

  1. ㄱ 충격하중은 동하중이지만 ㄴ 분포하중은 하중이 놓이는 형태에 따른 분류라 시간에 따른 변화와 관계가 없다. ㄷ, ㄹ도 빠져 있어 옳지 않다.
  2. ㄷ 반복하중과 ㄹ 양진하중은 동하중이 맞지만 ㄱ 충격하중도 갑자기 크기가 변하는 동하중인데 빠져 있다. 묶음이 모자라 옳지 않다.
  3. 충격하중, 반복하중, 양진(교번)하중은 모두 시간에 따라 크기가 변하는 동하중이다. 분포하중을 빼고 셋을 고른 이 묶음이 맞다.
  4. ㄴ 분포하중은 하중이 넓게 퍼져 작용하는 형태를 말할 뿐 시간에 따라 변하지 않는 경우가 많다. 동하중이 아닌 것이 섞여 있고 ㄱ도 빠져 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 망치로 내려치는 순간의 힘 그래프와 보 위에 벽돌을 고르게 쌓은 그림을 나란히 그렸다. 앞쪽은 순간 변화, 뒤쪽은 시간과 무관하다는 점을 그림 밑에 한 줄씩 나눠 적었다.
  2. 甲은 한 바퀴마다 같은 모양으로 오르내리는 응력과 부호가 바뀌는 응력을 그래프로 그렸다. 두 곡선에 반복하중과 양진하중 이름을 붙이고 충격 곡선이 빠진 것을 연필 끝으로 짚어 보았다.
  3. 甲은 충격, 반복, 양진 하중의 시간 그래프를 한 장의 방안지에 모아 그렸다. 세 곡선 모두 시간에 따라 크기가 변하는 것을 보고 동하중 칸에 함께 묶고 세 곡선 옆에 같은 부호를 달았다.
  4. 甲은 지붕 위에 눈이 고르게 쌓인 그림에 분포하중 화살표를 그리고 시간축을 옆에 그렸다. 시간이 지나도 크기가 그대로인 정하중이라는 점을 그림 옆에 정하중이라는 이름과 함께 두 줄로 써 넣었다.

  동하중은 시간에 따라 크기가 변하는 충격·반복·양진 하중이고 분포하중은 작용 형태에 따른 분류이다. 정답은 3번.

• 44

  지름이 d , 길이가 l 인 중실축과 동일한 비틀림각을 나타내는 지름이 2 d 인 중실축의 길이는? (단, 두 축에는 동일한 비틀림 모멘트가 작용하고, 재료는 동일하다)

  1. 1. 4 l
  2. 2. 8 l
  3. 3. 12 l
  4. 4. 16 l

  정답 4번

  🔍 보기별 해설

  1. 비틀림각 θ=Tl/(GI_p)에서 I_p는 지름의 4승에 비례한다. 지름이 2배면 I_p가 16배이므로 같은 각이 되려면 길이가 16배여야 하고 4배는 모자라 옳지 않다.
  2. 지름 2배에서 I_p는 2⁴=16배가 되어 같은 비틀림각을 얻는 길이는 16배이다. 8배는 지름을 3승으로 착각했을 때의 값이라 옳지 않다.
  3. 12배는 I_p가 12배가 되는 경우에나 성립하는 어중간한 값이다. 지름 2배의 I_p는 16배이므로 같은 각이 되는 길이도 16배여서 옳지 않다.
  4. θ=Tl/(GI_p)에서 T와 G가 같고 I_p=πd⁴/32이므로 지름을 2배로 하면 I_p가 16배가 된다. 같은 각이 되는 길이도 16배이므로 옳다(정답).

  🧮 풀이

  1. 甲은 지름 2d 축의 단면 2차 모멘트를 구하다가 지름을 제곱만 해서 4배로 적었다. 4승이어야 한다는 것을 교재에서 찾아 확인하고 그 줄에 붉은 정정 표시를 크게 붙여 두었다.
  2. 甲은 지름을 3승으로 가정하고 계산기로 8배라는 값을 얻었다가 교재의 4승 식을 다시 펴 보았다. 3승 가정으로 얻은 값에 붉은 줄을 긋고 그 옆에 4승 식으로 다시 고쳐 썼다.
  3. 甲은 12라는 값이 어떤 배수 조건에서 나오는지 거꾸로 나눠 가며 따져 보았다. 지름 2배를 넣은 식과는 맞지 않는다는 점을 확인해 계산 옆 여백에 볼펜으로 메모하고 옆에 지름 2배 값도 적었다.
  4. 甲은 비틀림각 식에 지름 2배를 넣어 I_p가 16배가 되는 것을 계산기로 구하고 길이를 16 l로 맞췄다. 두 축의 비틀림각이 같아지는 그 값을 답란에 옮겨 적고 밑줄을 그었다.

  θ=Tl/(GI_p)에서 I_p는 d⁴에 비례하므로 지름 2배면 I_p가 16배이고 같은 각이 되는 길이도 16배이다.

• 45

  두 축의 중심선이 일직선상에 있지 않은 경우에 사용할 수 있는 커플링만을 모두 고르면?

  ㄱ. 원통 커플링 ㄴ. 올덤 커플링

  ㄷ. 플랜지 커플링 ㄹ. 유니버설 커플링

  1. 1. ㄱ, ㄴ
  2. 2. ㄱ, ㄷ
  3. 3. ㄴ, ㄹ
  4. 4. ㄷ, ㄹ

  정답 3번

  🔍 보기별 해설

  1. ㄴ 올덤 커플링은 평행하게 어긋난 축을 잇지만 ㄱ 원통 커플링은 두 축이 정확히 일직선이어야 쓸 수 있다. 한 항목이 어긋나 옳지 않다.
  2. ㄱ 원통 커플링과 ㄷ 플랜지 커플링은 모두 두 축의 중심선이 일치해야 쓸 수 있는 고정 커플링이다. 조건에 맞는 항목이 없어 옳지 않다.
  3. ㄴ 올덤 커플링은 평행한 어긋남을, ㄹ 유니버설 커플링은 각도가 있는 어긋남을 허용한다. 두 축의 중심선이 일직선이 아닐 때 쓰는 묶음이라 이 묶음이 맞다.
  4. ㄹ 유니버설 커플링은 맞지만 ㄷ 플랜지 커플링은 두 축의 중심선이 일치해야 쓸 수 있다. 한 항목이 어긋난 묶음이므로 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 두 축이 일직선으로 놓인 실습 시험대에 원통 커플링을 끼우고 올덤 커플링을 나란히 놓았다. 앞의 것은 정렬된 축용, 뒤의 것은 어긋난 축용으로 나눠 표에 칸을 갈라 정리했다.
  2. 甲은 원통 커플링과 플랜지 커플링의 조립 순서를 실습장에서 따라 하며 두 축 중심을 일치시켰다. 어긋남이 있으면 끼워지지 않는 것을 겪고 그 점을 노트에 붉은 글씨로 새겼다.
  3. 甲은 자동차 구동축의 십자형 이음이 각도를 이루는 사진과 교재 그림 두 장을 올덤 커플링의 미끄럼 디스크 그림을 견주었다. 두 이음이 어긋난 축을 잇는 방식이라는 점을 표의 같은 칸에 묶어 적었다.
  4. 甲은 유니버설 조인트로 잇는 축의 각도를 각도기로 재어 값을 읽고 옆에 플랜지 커플링 도면을 놓았다. 각도가 없는 축에만 플랜지가 쓰인다는 점을 도면 위에 연필로 크게 표시했다.

  두 축의 중심선이 어긋난 경우에는 올덤 커플링과 유니버설 커플링을 쓴다. 정답은 3번.

• 46

  사각나사를 조일 때, 유효지름의 원주에서 접선방향으로 가해지는 회전력( P )이 축방향 하중( Q )을 받는 너트를 밀어 올리는 것으로 해석할 경우, P 는? (단, 접촉면의 마찰계수는 μ , 리드각(나선각)은 α 이다)

  1. 1. Q {μ sin α -cos α / sin α + μ cos α}
  2. 2. Q {μ cos α -sin α / cos α + μ sin α}
  3. 3. Q {μ cos α + sin α / cos α - μ sin α}
  4. 4. Q {μ sin α + cos α / sin α - μ cos α}

  정답 3번

  🔍 보기별 해설

  1. 분자가 μ sinα−cosα이고 분모가 sinα+μcosα인 꼴은 μ=0일 때 음수가 되어 조일 때의 회전력 식이 될 수 없다. 밀어 올릴 때는 tan(ρ+α)꼴이어야 하므로 옳지 않다.
  2. 분자 μcosα−sinα, 분모 cosα+μ sinα는 마찰이 없을 때 음수가 되는 내릴 때 쪽 부호이다. 밀어 올리는 경우에는 부호가 반대이므로 옳지 않다.
  3. 너트를 밀어 올릴 때 P=Q tan(ρ+α)이고 μ=tanρ이므로 P=Q(μ+tanα)/(1−μ tanα)이다. 분자와 분모에 cosα를 곱하면 Q(μcosα+sinα)/(cosα−μ sinα)이므로 옳다(정답).
  4. 분자 μ sinα+cosα와 분모 sinα−μcosα는 sin과 cos 자리가 서로 바뀐 식이다. tan(ρ+α)에서 나오는 식이 아니므로 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 사각나사 식 네 개 가운데 첫째 식에 μ=0을 넣어 P의 부호를 살펴 종이에 적었다. −Q cosα/sinα로 음수가 나와 밀어 올리는 힘의 식이 아니라고 식 옆에 표시했다.
  2. 甲은 둘째 식에 마찰이 없는 μ=0을 넣어 보고 계산 결과를 종이 귀퉁이에 적었다. −Q tanα로 음수가 나와 내리는 쪽 부호라는 점을 밑줄을 긋고 옆에 내리는 힘이라 적어 두었다.
  3. 甲은 셋째 식에 μ=0을 넣어 P=Q tanα가 되는 것을 확인했다. 마찰 없는 경사면에서 물체를 밀어 올리는 힘과 같은 꼴이라 이 식을 답란에 그대로 옮겨 적고 식 번호에 동그라미를 쳤다.
  4. 甲은 넷째 식에 μ=0을 넣어 P=Q cosα/sinα라는 값이 나오는 것을 보았다. tan이 아니라 cot 꼴이라 경사면 식과 다른 것을 확인해 식 위에 붉은 펜으로 가위표를 쳤다.

  너트를 밀어 올릴 때 P=Q tan(ρ+α)=Q(μcosα+sinα)/(cosα−μ sinα)이다.

• 47

  그림과 같이 단면이 비대칭인 앵글(angle)의 측면필릿 용접이음에서, 앵글의 도심( G )으로부터 편위되어 부재에 인장하중( P )이 작용할 때 용접길이비( l_1 /l_2 )는? (단, 용접부 목두께는 같고, x_1 , x_2 에 비해 충분히 작다)

  1. 1. {x_1 / x}_2
  2. 2. {x_2 / x}_1
  3. 3. {(x_1 + x_2) / x}_1
  4. 4. {(x_1 + x_2) / x}_2

  정답 2번

  🔍 보기별 해설

  1. 도심을 지나는 하중이 되려면 두 용접이 받는 힘의 모멘트가 도심 둘레에서 같아야 하므로 길이비는 x2/x1이다. x1/x2는 그 역수라 옳지 않다.
  2. 하중이 도심 G를 지나므로 두 용접이 받는 힘 F1과 F2의 모멘트가 G 둘레에서 서로 같아야 한다. 힘은 용접 길이에 비례하므로 l1·x1=l2·x2, 곧 l1/l2=x2/x1이어서 옳다(정답).
  3. (x1+x2)/x1은 두 거리의 합을 쓴 값으로 모멘트 평형에서는 나오지 않는다. 도심 둘레 평형은 두 거리의 비로만 표현되므로 옳지 않다.
  4. (x1+x2)/x2도 두 거리의 합을 쓴 값이라 모멘트 평형식과 맞지 않는다. 길이비는 두 편위 거리의 비 x2/x1이므로 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 도심에서 두 용접 자리까지의 거리 x1, x2를 그림에 그리고 비를 x1/x2로 적었다가 모멘트 평형식을 다시 세웠다. 역수였음을 알고 그 줄을 지운 다음 바로잡아 다시 썼다.
  2. 甲은 도심 G를 회전 중심으로 두고 두 용접의 모멘트 F1x1과 F2x2를 같게 놓았다. 힘이 길이에 비례하므로 l1/l2=x2/x1을 얻어 그림 아래에 결과를 정리하고 두 힘의 비를 옆에 적었다.
  3. 甲은 x1과 x2를 더한 값을 분자에 넣어 용접 길이의 비를 만들어 공책에 적어 보았다. 모멘트 평형에서 두 거리의 합이 나오지 않는 것을 확인해 그 식에 줄을 그어 지웠다.
  4. 甲은 분모에 x2를 두고 분자에 두 거리의 합을 넣은 식을 공책에 써 보았다. 식에 합이 들어가면 평형과 맞지 않는 것을 짚어 식 옆에 붉은 가위표를 쳐 두고 평형식과 어긋난 곳을 밑줄로 짚었다.

  도심 G 둘레 모멘트 평형에서 l1·x1=l2·x2이므로 용접길이비 l1/l2=x2/x1이다.

• 48

  잇수가 z 인 헬리컬 기어의 축직각 모듈을 m_1 , 치직각 모듈을 m_2 라고 할 때, 상당 스퍼기어 잇수는?

  1. 1. {z m_2 / m_1}
  2. 2. {z m_1 / m_2}
  3. 3. {z m_2^3 / m_1^3}
  4. 4. {z m_1^3 / m_2^3}

  정답 4번

  🔍 보기별 해설

  1. 상당 스퍼기어 잇수는 z/cos³β이고 cosβ=m2/m1이다. 이를 대입하면 z m1³/m2³이 되는데 z m2/m1은 1승만 쓰고 분수도 뒤집혀 있어 옳지 않다.
  2. z m1/m2는 상당 잇수 식 z/cos³β에서 cosβ를 1승만 반영한 것이다. 3승이 필요한 자리이므로 옳지 않다.
  3. z m2³/m1³은 3승은 반영했지만 분수가 뒤집혀 cosβ를 m1/m2로 잘못 쓴 식이다. 치직각 모듈 m2=m1cosβ이므로 옳지 않다.
  4. 치직각 모듈 m2=m1cosβ에서 cosβ=m2/m1이고 상당 스퍼기어 잇수는 z/cos³β이다. 이를 정리하면 z m1³/m2³이므로 옳다(정답).

  🧮 풀이

  1. 甲은 헬리컬 기어의 cosβ를 m2/m1로 써서 z m2/m1이 나오는지 따져 보았다. 상당 잇수에는 3승이 필요한데 1승뿐인 것을 세어 그 점을 옆 여백에 붉은 볼펜으로 적어 두었다.
  2. 甲은 z m1/m2 식을 보고 cosβ의 승수를 손가락으로 세어 보았다. 상당 잇수에 필요한 3승에 못 미쳐 1승뿐인 것을 빨간 글씨로 식 옆에 달아 두고 승수를 숫자로 세어 적었다.
  3. 甲은 z m2³/m1³ 식에서 분수를 위아래로 뒤집어 보았다. cosβ가 m2/m1인 만큼 뒤집으면 z/cos³β에 맞는 올바른 꼴이 되는 것을 여백에 한 줄로 옮겨 정리했다.
  4. 甲은 m2=m1cosβ에서 시작해 z/cos³β에 대입하는 계산을 한 줄씩 써 내려갔다. z m1³/m2³이 나오는 것을 확인해 마지막 줄을 답란에 그대로 옮겨 적고 세제곱 표시에 동그라미를 쳤다.

  헬리컬 기어의 상당 스퍼기어 잇수는 z/cos³β이고 cosβ=m2/m1이므로 z·m1³/m2³이다.

• 49

  한쪽 덮개판 한줄 맞대기 이음과 양쪽 덮개판 두줄 맞대기 이음에서, 리벳 1피치당 허용 인장하중을 각각 W_1 , W_2 라고 할 때, 하중비( W_2 /W_1 )는? (단, 리벳의 전단만을 고려한다)

  1. 1. 1
  2. 2. 1.8
  3. 3. 2
  4. 4. 3.6

  정답 4번

  🔍 보기별 해설

  1. 한쪽 덮개판 한줄 이음은 리벳이 단전단이고 한 줄이다. 양쪽 덮개판 두줄 이음은 복전단이고 줄도 둘이라 허용하중이 몇 배나 커지므로 하중비 1은 옳지 않다.
  2. 1.8은 복전단 효과만 반영한 배수이다. 양쪽 덮개판 이음은 리벳이 두 줄이므로 여기에 2를 곱해야 하고 그래서 3.6이므로 옳지 않다.
  3. 2는 줄 수만 반영한 값으로 복전단의 1.8배를 곱하지 않았다. 양쪽 덮개판의 두 줄 이음은 3.6배이므로 옳지 않다.
  4. 한쪽 덮개판 한줄 이음은 단전단이라 W1을 기준으로 삼는다. 양쪽 덮개판 두줄 이음은 복전단 1.8배에 줄 수 2를 곱한 3.6배이므로 옳다(정답).

  🧮 풀이

  1. 甲은 덮개판이 한쪽에 붙은 한 줄 이음과 양쪽에 붙은 두 줄 이음 단면 그림을 나란히 그리고 하중비를 1로 적었다. 줄 수와 전단면을 세지 않았다는 것을 알고 하중비 1이라 적은 줄을 지웠다.
  2. 甲은 복전단이라는 이유로 1.8배만 곱한 허용 하중 값을 공책 첫 장에 적어 보았다. 줄이 둘인 점을 빠뜨린 것을 알아채고 곱할 값을 옆에 메모해 붙여 두고 교재 표의 쪽수도 적었다.
  3. 甲은 줄이 둘이니 허용 하중이 2배라는 계산을 노트 한쪽에 적어 보았다. 복전단에서 1.8배가 더 곱해진다는 교재 표를 다시 펴 그 줄에 붉은 밑줄을 긋고 옆에 1.8이라는 숫자를 크게 적었다.
  4. 甲은 복전단 1.8배와 줄 수 2를 곱해 3.6을 얻었다. 한쪽 덮개판 한줄 이음의 1과 견주어 하중비 3.6을 답란에 옮긴 뒤 두 그림 옆에 각각 1과 3.6이라는 값을 나란히 표시했다.

  양쪽 덮개판 두줄 맞대기 이음은 복전단 1.8배에 줄 수 2를 곱해 W2/W1=3.6이다.

• 50

  마찰면의 수가 6개인 다판 브레이크에서 원판 마찰면의 평균 지름이 100 mm일 때, 제동 토크 75 Nㆍm를 발생시키는 축방향으로 미는 힘[N]은? (단, 마찰면은 균일마모조건이고, 마찰계수는 0.25이다)

  1. 1. 1,000
  2. 2. 2,000
  3. 3. 3,000
  4. 4. 4,000

  정답 1번

  🔍 보기별 해설

  1. 균일마모의 다판 브레이크 토크는 T=μ·P·(마찰면 수)·(평균지름/2)이다. 0.25×P×6×0.05=0.075P가 75이므로 P=1,000 N이어서 옳다(정답).
  2. 2,000 N이면 토크가 0.075×2,000=150 N·m로 요구값 75의 두 배가 된다. 필요한 힘보다 크므로 옳지 않다.
  3. 3,000 N이면 토크가 0.075×3,000=225 N·m로 요구값의 세 배이다. 문제의 75 N·m보다 지나치게 커서 옳지 않다.
  4. 4,000 N이면 토크가 0.075×4,000=300 N·m로 요구값 75의 네 배이다. 필요한 힘이 아니므로 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 마찰계수 0.25, 면 수 6, 반지름 0.05 m를 곱해 계수 0.075를 얻고 토크 75를 나눠 1,000을 구했다. 단위를 N·m로 맞춘 점을 표 아래 칸에 적어 두었다.
  2. 甲은 미는 힘 2,000 N을 넣어 토크를 계산기로 세 번 두드려 150 N·m를 얻었다. 요구값 75의 두 배라 지나치게 큰 값이라는 점을 표 옆 여백에 붉은 글씨로 써 두었다.
  3. 甲은 미는 힘 3,000 N을 식에 넣어 225 N·m가 나오는 것을 계산기로 다시 확인했다. 요구값 75와 세 배나 차이가 나는 점을 계산 옆에 붉은 세모로 표시하고 옆에 세 배라 적어 놓았다.
  4. 甲은 미는 힘 4,000 N을 식에 넣어 300 N·m가 나오는 것을 계산기 화면으로 보았다. 요구 토크의 네 배라 조건에 맞지 않는 점을 그 값 아래 밑줄로 그어 옆에 네 배라고 적어 두었다.

  균일마모 다판 브레이크에서 T=μ·P·면 수·D_m/2=0.075P=75이므로 P=1,000 N이다.

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• 51

  그림과 같이 90 kN의 하중 P 를 받는 피벗(pivot) 베어링의 안지름 d_1 이 100 mm일 때, 베어링의 바깥지름 d_2 [mm]는? (단, 평균 베어링 압력은 4 MPa, π ＝ 3이다)

  1. 1. 150
  2. 2. 200
  3. 3. 250
  4. 4. 300

  정답 2번

  🔍 보기별 해설

  1. 평균 압력 식에서 d2=150이면 면적이 3×(22,500−10,000)/4=9,375 mm²이고 받는 힘이 37.5 kN에 그친다. 90 kN을 받지 못해 옳지 않다.
  2. 90,000=4×3×(d2²−100²)/4에서 d2²−10,000=30,000이므로 d2²=40,000이다. d2=200 mm이므로 옳다(정답).
  3. d2=250이면 면적이 3×(62,500−10,000)/4=39,375 mm²이고 받는 힘이 157.5 kN이다. 필요한 90 kN을 크게 넘어 옳지 않다.
  4. d2=300이면 면적이 3×(90,000−10,000)/4=60,000 mm²이고 받는 힘이 240 kN이다. 필요한 힘을 훨씬 넘어 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 바깥지름을 150 mm로 놓고 환형 접촉 면적과 압력 4 MPa를 곱해 37.5 kN을 얻었다. 하중 90 kN에 못 미치는 값을 표에 적고 후보에서 줄을 그어 지웠다.
  2. 甲은 90 kN을 압력 4 MPa로 나눠 필요한 환형 면적 22,500 mm²를 먼저 구했다. 거기서 d2 200 mm를 역산해 답란에 옮겨 적고 동그라미를 치고 압력 4 MPa에 밑줄을 그었다.
  3. 甲은 바깥지름 250 mm를 넣어 계산한 157.5 kN을 실제 하중 90 kN과 견주었다. 지나치게 큰 값이라 답 후보에서 지우고 옆에 너무 큰 값이라고 붙여 적어 두었다.
  4. 甲은 바깥지름 300 mm면 240 kN을 받는다는 값을 계산해 표에 옮겨 적었다. 필요한 90 kN의 두 배가 넘는 점을 짚어 그 칸에 붉은 세로줄을 치고 옆에 2배 넘음이라 적어 두었다.

  P=p·π(d2²−d1²)/4에서 90,000=4×3×(d2²−10,000)/4이므로 d2=200 mm이다.

• 52

  회전 중인 엔진의 출력은 30 PS이고 토크는 50 kgfㆍm일 때, 엔진 회전수[rpm]는? (단, π ＝ 3이다)

  1. 1. 300
  2. 2. 450
  3. 3. 600
  4. 4. 900

  정답 2번

  🔍 보기별 해설

  1. 출력 30 PS는 2,250 kgf·m/s이고 각속도는 2,250/50=45 rad/s이다. 이를 rpm으로 바꾸면 60×45/(2×3)=450이므로 300은 옳지 않다.
  2. H=T·ω에서 ω=2,250/50=45 rad/s이고 N=60ω/(2π)=60×45/6=450 rpm이므로 옳다(정답).
  3. 600 rpm이면 각속도가 60 rad/s이고 출력이 50×60=3,000 kgf·m/s=40 PS로 문제의 30 PS보다 크다. 조건에 맞지 않아 옳지 않다.
  4. 900 rpm이면 각속도가 90 rad/s이고 출력이 4,500 kgf·m/s=60 PS로 두 배이다. 조건과 맞지 않아 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 300 rpm을 각속도 30 rad/s로 바꿔 토크 50 kgf·m를 곱하고 출력을 구했다. 20 PS로 문제의 30 PS에 모자란 것을 확인해 표 첫째 줄에 기록했다.
  2. 甲은 30 PS에 75를 곱해 2,250 kgf·m/s를 얻고 토크 50으로 나눠 각속도 45를 구했다. rpm으로 바꿔 450이 나온 것을 답란에 옮겨 적고 동그라미를 쳤다.
  3. 甲은 600 rpm을 각속도로 바꿔 넣어 출력을 40 PS로 계산기로 계산했다. 30 PS보다 커서 맞지 않는 것을 확인하고 그 값에 가위표를 친 뒤 옆에 40 PS라고 적었다.
  4. 甲은 900 rpm일 때 출력이 60 PS까지 올라가는 것을 표에서 계산기로 두드려 보았다. 문제의 30 PS보다 두 배 큰 점을 붉은 펜으로 표 옆에 써 넣고 60 PS라는 값에 밑줄을 그었다.

  30 PS는 2,250 kgf·m/s이고 토크 50으로 나눈 각속도 45 rad/s가 450 rpm이다.

• 53

  고정용 치공구 중 클램프(clamp)의 설계 조건으로 옳지 않은 것은?

  1. 1. 클램핑 기구는 조작이 간단하고 급속 클램핑 형식을 택한다.
  2. 2. 클램프의 고정력은 위치결정구나 지지구에 직접 가하여 공작물을 견고히 고정한다.
  3. 3. 공작물의 손상, 변형, 뒤틀림을 방지하기 위하여 여러 개의 작은 힘으로 분산하여 고정한다.
  4. 4. 절삭력은 클램프가 위치한 방향으로 작용하도록 하고, 절삭력의 반대편에 고정력을 배치한다.

  정답 4번

  🔍 보기별 해설

  1. 클램프는 조작이 간단하고 빠르게 물리고 풀리는 급속 클램핑 형식을 택하는 것이 작업 능률에 유리하다. 설계 조건을 옳게 말한 것이므로 맞다.
  2. 클램프의 고정력은 위치결정구나 지지구 쪽으로 직접 가해야 공작물이 뜨거나 변형되지 않고 견고히 고정된다. 설계 조건을 옳게 말한 것이므로 맞다.
  3. 공작물이 손상되거나 뒤틀리지 않도록 큰 힘 하나 대신 작은 힘 여러 개로 나누어 고정한다. 설계 조건을 옳게 말한 것이므로 맞다.
  4. 절삭력은 클램프가 아니라 위치결정구나 고정 지지구가 받도록 배치해야 한다. 절삭력을 클램프가 위치한 방향으로 작용시킨다는 설명은 틀렸으므로 옳지 않다(정답).

  🧮 풀이

  1. 甲은 실습장 공작기계 옆 지그의 레버식 클램프가 한 번에 물리고 풀리는 것을 시연받으며 지켜보았다. 조작이 간단해 작업 시간이 짧다는 설명을 듣고 그 점을 노트에 그대로 옮겨 적었다.
  2. 甲은 지그 도면에서 클램프 화살표가 위치결정 핀 쪽을 향한 것을 손가락으로 짚어 보았다. 고정력이 바로 지지구에 가해지는 배치라는 점을 도면 위에 굵은 화살표로 그려 넣었다.
  3. 甲은 얇은 판을 클램프 하나로 세게 조였더니 판이 휘는 것을 손으로 만져 휜 정도를 확인했다. 작은 힘 여러 곳으로 나눠 조이는 방법으로 바꾸어 그 배치를 노트에 그림으로 정리했다.
  4. 甲은 절삭력 방향 화살표를 그리고 클램프를 그 방향 쪽에 그대로 놓아 보았다. 절삭력이 클램프를 밀어 풀리기 쉬운 것을 알고 클램프 위치를 반대쪽으로 옮겨 다시 그려 넣었다.

  절삭력은 클램프가 아니라 위치결정구·고정 지지구가 받도록 배치해야 한다.

• 54

  원통 코일 스프링에 작용하는 하중 1,750 N에 의한 스프링 소선의 최대 전단응력이 800 N/mm2일 때, 소선의 지름[mm]은? (단, 스프링 지수는 7, Wahl의 응력수정계수는 1.2, π ＝ 3이다)

  1. 1. 7
  2. 2. 8
  3. 3. 9
  4. 4. 10

  정답 1번

  🔍 보기별 해설

  1. 최대 전단응력 τ=K·8PC/(πd²)에 C=7, K=1.2, P=1,750을 넣으면 800=1.2×8×1,750×7/(3d²)이다. d²=49이므로 d=7 mm이어서 옳다(정답).
  2. d=8 mm이면 최대 전단응력이 1.2×8×1,750×7/(3×64)=612.5 N/mm²로 800보다 작다. 필요한 소선지름보다 굵은 값이므로 옳지 않다.
  3. d=9 mm이면 응력이 117,600/(3×81)=484 N/mm² 안팎이라 허용 800에 크게 못 미친다. 필요보다 굵은 값이므로 옳지 않다.
  4. d=10 mm이면 응력이 117,600/300=392 N/mm²로 800의 절반 정도이다. 필요한 최소 지름이 아니라 지나치게 굵으므로 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 스프링 지수 7과 수정계수 1.2, 하중 1,750 N을 전단응력 식에 넣고 계산기로 풀어 d²=49를 얻었다. 그 제곱근인 7 mm를 답란에 옮겨 적고 동그라미를 쳐 두었다.
  2. 甲은 소선지름 8 mm를 넣어 응력을 계산기로 두 번 구해 612.5 N/mm²를 얻었다. 허용 800에 못 미치는 만큼 필요 이상 굵은 값이라는 점을 표 옆 여백에 붙여 적었다.
  3. 甲은 소선지름 9 mm를 넣어 응력이 484 N/mm² 안팎으로 나오는 것을 계산기로 확인했다. 허용값 800보다 훨씬 낮아 필요 이상 굵은 지름이라는 점을 표에 붉게 표시했다.
  4. 甲은 소선지름 10 mm의 응력 392 N/mm²를 허용값 800과 나란히 적어 놓고 견주었다. 절반 정도에 그쳐 지나치게 굵은 지름이라는 점을 밑줄로 그어 두 값의 차를 눈에 띄게 했다.

  τ=K·8PC/(πd²)에서 800=1.2×8×1,750×7/(3d²)이므로 d²=49, d=7 mm이다.

• 55

  원추각이 15 °, 원추 접촉면의 평균지름이 200 mm인 원추 클러치에 축방향 힘 440 N이 작용할 때, 원추 클러치의 최대 전달토크[Nㆍm]는? (단, 접촉면은 균일마모조건이고, 마찰계수는 0.2이며, sin 15 ° ＝ 0.25, cos 15 ° ＝ 0.95이다)

  1. 1. 10
  2. 2. 15
  3. 3. 20
  4. 4. 25

  정답 3번

  🔍 보기별 해설

  1. 원추 클러치는 축방향 힘이 원추면의 기울기 때문에 나뉘어 분모가 0.44가 된다. 이 분모로 계산하면 토크가 20 N·m이고 10은 그 절반이라 옳지 않다.
  2. 15 N·m이면 분모가 약 0.587이어야 한다. 실제 분모는 0.25+0.19=0.44이고 계산하면 20 N·m이므로 옳지 않다.
  3. 분모는 sin15°+μcos15°=0.25+0.2×0.95=0.44이다. 분자 0.2×440×0.1=8.8을 나누면 20 N·m이므로 옳다(정답).
  4. 25 N·m이면 분모가 0.352이어야 하지만 실제 분모는 0.25+0.19=0.44이다. 계산하면 20 N·m이므로 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 지름 200 mm를 반지름으로 바꾸는 일을 두 번 해 반지름을 50 mm로 넣었다. 절반인 10 N·m가 나와 반지름이 100 mm여야 한다는 점을 알고 그 줄을 지우고 고쳐 썼다.
  2. 甲은 분모를 0.587로 놓고 계산기로 계산해 15 N·m를 얻었다. sin15°와 cos15°를 다시 넣어 보니 분모는 0.44여야 한다는 점을 알고 그 자리를 붉은 펜으로 정정했다.
  3. 甲은 sin15°=0.25와 cos15°=0.95를 넣어 분모 0.44를 계산기로 구했다. 분자 8.8을 나눠 20 N·m를 얻고 그 값을 답란에 옮겨 적은 뒤 동그라미를 쳤다.
  4. 甲은 분모를 0.352로 두고 계산기로 계산해 25 N·m를 얻었다. 삼각함수표 값으로 다시 구한 분모와 다른 것을 확인해 그 계산 줄을 지우고 정정값을 옆에 붉은 글씨로 남겼다.

  T=μP·D_m/2÷(sinα+μcosα)=0.2×440×0.1÷0.44=20 N·m이다.

• 56

  일정한 내부 압력 p 를 받는 얇은 벽의 원통형 압력용기에서, 원주방향 응력(hoop stress) σ_1 , 길이방향 응력(axial stress) σ_2 , 원통용기 바깥 표면에서 최대 면내(in-plane) 전단응력 τ 로 옳은 것은? (단, 압력용기 안쪽 반지름은 r , 벽 두께는 t 이다)

  σ_1 σ_2 τ

  1. 1. {pr / 2t} {pr / t} {pr / 2t}
  2. 2. {pr / t} {pr / 2t} {pr / t}
  3. 3. {pr / 2t} {pr / t} {pr / 4t}
  4. 4. {pr / t} {pr / 2t} {pr / 4t}

  정답 4번

  🔍 보기별 해설

  1. 원주방향과 길이방향 응력을 서로 바꿔 놓았고 전단응력도 pr/(2t)라 실제와 다르다. 원주방향이 길이방향의 두 배라는 관계와 맞지 않아 옳지 않다.
  2. 원주방향 pr/t와 길이방향 pr/(2t)는 옳지만 최대 면내 전단응력을 pr/t로 적었다. 실제는 두 응력 차의 절반 pr/(4t)이므로 옳지 않다.
  3. 원주방향 응력을 pr/(2t), 길이방향 응력을 pr/t로 뒤바꿔 적은 조합이다. 얇은 원통에서는 원주방향이 길이방향의 두 배이므로 옳지 않다.
  4. 얇은 벽 원통의 원주방향 응력은 pr/t, 길이방향 응력은 pr/(2t)이다. 최대 면내 전단응력은 (σ1−σ2)/2=pr/(4t)이므로 옳다(정답).

  🧮 풀이

  1. 甲은 최대 전단응력을 pr/2t로 적은 줄의 계산 과정을 한 줄씩 따라가 보았다. 두 응력의 차를 다시 절반으로 나누는 과정을 빠뜨린 것을 알고 옆 여백에 붉은 글씨로 메모했다.
  2. 甲은 세 값 가운데 최대 전단응력을 pr/t로 적은 줄의 근거를 교재에서 찾아보았다. 원주방향 응력을 그대로 쓴 것이라 차이의 절반으로 바꿔야 한다고 그 줄 옆에 붉은 펜으로 표시했다.
  3. 甲은 원주방향이 pr/2t, 길이방향이 pr/t로 적힌 줄을 실제 압력용기 그림에 맞춰 보았다. 원주방향 응력이 두 배 커야 하는 점을 짚어 그림 옆에 붉은 글씨로 적어 넣었다.
  4. 甲은 σ1=pr/t와 σ2=pr/2t의 차를 구한 뒤 절반으로 나눠 pr/4t를 얻었다. 세 응력 값을 한 줄로 정리해 세 값이 다르다는 점을 보고 그 결과를 답란에 옮겨 적고 pr/4t에 밑줄을 그었다.

  얇은 원통의 원주방향 응력은 pr/t, 길이방향은 pr/(2t), 최대 면내 전단응력은 (σ1−σ2)/2=pr/(4t)이다.

• 57

  현가장치로 이용되는 토션 바 스프링에서 비틀림 스프링 상수[Nㆍm/rad]를 구하는 식은? (단, 토션 바의 길이 L [mm], 봉의 지름 d [mm], 봉과 하중 사이 거리 R [mm], 가로 탄성계수는 G [GPa]이다)

  1. 1. {π d^3 RG / 64L}
  2. 2. {π d^3 RG / 32L}
  3. 3. {π d^4 G / 32L}
  4. 4. {π d^4 G / 16L}

  정답 3번

  🔍 보기별 해설

  1. 토션 바의 비틀림 스프링상수는 k=GI_p/L=πGd⁴/(32L)이다. πd³RG/(64L)은 지름 3승에 R까지 섞여 단위가 맞지 않아 옳지 않다.
  2. πd³RG/(32L)은 지름 3승에 봉과 하중 사이 거리 R이 들어 있어 토크당 각을 나타내는 식이 아니다. 비틀림 스프링상수에는 R이 들어가지 않으므로 옳지 않다.
  3. 비틀림 스프링상수는 토크를 비틀림각으로 나눈 값이라 k=GI_p/L이다. 극관성모멘트 πd⁴/32를 넣으면 πd⁴G/(32L)이므로 옳다(정답).
  4. πd⁴G/(16L)은 극관성모멘트를 πd⁴/16으로 잘못 쓴 값이다. 중실축의 I_p는 πd⁴/32이므로 그 두 배인 이 식은 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 교재 첫째 식의 단위를 따져 보다가 지름 3승 항이 섞여 N·m/rad이 되지 않는 것을 발견해 옆에 단위를 적어 보았다. 그 식 위에 붉은 가위표를 쳐 두고 옆에 단위가 맞지 않는다고 적어 놓았다.
  2. 甲은 둘째 식에 R이 들어간 이유를 교재에서 찾아보았다. 스프링상수는 토크 대 각의 비라 하중 위치 R이 필요 없다는 점을 확인해 노트에 붉은 글씨로 남기고 둘째 식 옆에 가위표를 쳤다.
  3. 甲은 토크를 각으로 나눈 비 GI_p/L에 I_p=πd⁴/32를 넣어 식을 한 줄로 세웠다. 단위가 N·m/rad로 맞는 것을 확인하고 πd⁴G/32L을 답란에 옮겨 적었다.
  4. 甲은 극관성모멘트에 πd⁴/16을 넣어 πd⁴G/16L을 얻었다가 중실축 공식과 견주었다. 32로 나눠야 한다는 점을 알고 그 식의 분모를 지우고 다시 고쳐 쓰고 중실축 공식과 같은지 견주었다.

  토션 바의 비틀림 스프링상수는 k=GI_p/L=πd⁴G/(32L)이다.

• 58

  엔드 저널 베어링에서 저널의 지름이 30 mm, 저널면에 작용하는 평균압력이 3 MPa, 허용굽힘응력이 64 MPa일 때, 베어링 폭[mm]은? (단, 저널을 외팔보 구조로 가정하여 베어링의 폭 길이에 걸쳐 균일 분포하중이 작용하는 것으로 설계하고, π ＝ 3이다)

  1. 1. 30
  2. 2. 40
  3. 3. 50
  4. 4. 60

  정답 4번

  🔍 보기별 해설

  1. 저널 끝 외팔보의 굽힘응력은 σ=16pl²/(πd²)이다. 폭 30 mm이면 16×3×900/(3×900)=16 MPa로 허용 64에 크게 못 미쳐 필요한 폭이 아니므로 옳지 않다.
  2. 폭 40 mm이면 σ=16×3×1,600/(3×900)로 약 28.4 MPa이다. 허용 64보다 훨씬 작아 더 늘려야 하므로 옳지 않다.
  3. 폭 50 mm이면 σ=16×3×2,500/(3×900)로 약 44.4 MPa이다. 허용 64에 못 미치므로 옳지 않다.
  4. 굽힘응력 σ=16pl²/(πd²)=64에서 l²=64×3×900/(16×3)=3,600이다. 그러므로 l=60 mm이어서 옳다(정답).

  🧮 풀이

  1. 甲은 폭 30 mm를 굽힘응력 식에 넣어 계산기를 두드려 응력 16 MPa를 얻었다. 허용 64의 4분의 1이라 폭이 더 커도 된다는 점을 표 옆 칸에 조그맣게 적어 두었다.
  2. 甲은 폭 40 mm로 계산한 응력 28 MPa를 허용 64 MPa와 나란히 표에 놓고 견주어 보았다. 아직 여유가 크게 남는 점을 짚어 계산 옆에 붉은 글씨로 메모해 두었다.
  3. 甲은 폭 50 mm의 응력 44 MPa를 계산기로 계산해 허용 64 MPa와 나란히 적었다. 허용치에 이르지 못한 점을 확인해 그 줄에 붉은 세모로 표시하고 옆에 허용치 미달이라 적어 두었다.
  4. 甲은 굽힘응력 식의 값을 허용 64로 놓고 l²를 풀어 계산기로 3,600을 얻었다. 그 제곱근인 60 mm를 답란에 옮겨 적은 뒤 밑줄까지 긋고 동그라미를 친 뒤 옆에 폭 60이라 적었다.

  외팔보 저널의 굽힘응력 σ=16pl²/(πd²)=64에서 l²=3,600이므로 베어링 폭은 60 mm이다.

• 59

  잇수가 30개인 스프로킷 휠이 500 rpm으로 회전할 때, 피치가 20 mm인 롤러 체인의 평균속도[m/s]는?

  1. 1. 5
  2. 2. 10
  3. 3. 15
  4. 4. 20

  정답 1번

  🔍 보기별 해설

  1. 체인 평균속도는 v=피치×잇수×회전수이다. 20 mm×30×500/60=5,000 mm/s, 곧 5 m/s이므로 옳다(정답).
  2. 10 m/s이면 체인이 분당 600 m를 움직여야 한다. 피치 20 mm에 잇수 30, 500 rpm이면 분당 300 m이므로 옳지 않다.
  3. 15 m/s이면 분당 900 m이다. 피치×잇수×회전수로 구한 실제 분당 300 m와 세 배 차이가 나므로 옳지 않다.
  4. 20 m/s이면 분당 1,200 m이다. 피치×잇수×회전수로 구한 분당 300 m의 네 배라 조건과 맞지 않으므로 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 피치 20 mm에 잇수 30을 곱해 한 바퀴에 움직이는 체인 길이 600 mm를 구했다. 500 rpm을 곱하고 60으로 나눠 5 m/s를 얻어 답란에 적고 밑줄을 그었다.
  2. 甲은 체인 속도를 10 m/s로 놓고 분당 이동 거리를 셈해 보고 600 m로 노트에 적었다. 실제 값의 두 배인 점을 짚어 그 계산 옆에 붉은 가위표를 쳐 두고 옆에 300 m라고 정정해 적었다.
  3. 甲은 15 m/s면 분당 900 m라는 것을 계산기로 계산해 보았다. 실제 300 m와 세 배 차이가 나는 점을 확인해 표 아래 칸에 붉은 글씨로 써 넣고 옆에 세 배라고 표시했다.
  4. 甲은 체인 속도를 20 m/s로 넣어 분당 1,200 m가 되는 것을 계산했다. 실제 300 m의 네 배나 큰 점을 밑줄로 표시하고 그 후보 번호를 지우고 옆에 실제 값과 다르다고 적었다.

  체인 평균속도는 피치×잇수×회전수=20 mm×30×500/60=5 m/s이다.

• 60

  온도변화에 따른 관의 신축을 허용하는 관이음에 해당하지 않는 것은?

  1. 1. 유니온 이음
  2. 2. 미끄럼 이음
  3. 3. 신축형 밴드
  4. 4. 고무관 이음

  정답 1번

  🔍 보기별 해설

  1. 유니온 이음은 나사식으로 관을 쉽게 떼고 붙이는 분해용 이음이다. 온도변화에 따른 관의 신축을 흡수하는 이음이 아니므로 해당하지 않는다(정답).
  2. 미끄럼 이음은 관 한쪽이 슬리브 안에서 미끄러지며 길이 변화를 흡수한다. 온도에 따른 신축을 허용하는 이음에 속하므로 맞다.
  3. 신축형 밴드는 관을 굽혀 만든 곡관 부분이 늘고 줄어들며 열팽창을 흡수한다. 온도에 따른 신축을 허용하는 이음이므로 맞다.
  4. 고무관 이음은 고무의 탄성이 관의 길이 변화와 진동을 함께 흡수한다. 온도에 따른 신축을 허용하는 이음에 속하므로 맞다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 배관 도면에서 나사로 돌려 푸는 유니온을 찾아 붉게 동그라미를 쳤다. 점검 때 관을 분리하려는 이음이지 신축용이 아니라는 설명을 듣고 옆에 볼펜으로 적어 두고 유니온 표시에 밑줄을 그었다.
  2. 甲은 관이 슬리브 속으로 미끄러져 들어가는 미끄럼 이음 단면을 공책에 그려 보았다. 온도가 오르면 관이 늘어나며 미끄러지는 방향을 단면도 위에 화살표로 그려 표시하고 슬리브 이름을 옆에 써 넣었다.
  3. 甲은 ㄷ자로 굽은 신축형 밴드를 배관 중간에서 발견해 만져 보고 손으로 짚어 보았다. 열팽창 때 굽은 부분이 늘고 줄어든다는 설명을 노트에 두 줄로 정리하고 밴드 모양을 옆에 그려 넣었다.
  4. 甲은 실습장 펌프 연결부에 고무관이 쓰인 것을 손으로 눌러 보았다. 고무가 눌리며 관 길이 변화와 진동을 흡수하는 점을 정비 일지 끝 칸에 볼펜으로 눌러 본 느낌과 함께 남겼다.

  유니온 이음은 분해용 이음이고 미끄럼 이음·신축형 밴드·고무관 이음이 신축을 허용한다.

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• 61

  기계설계 시 고려 사항으로 옳지 않은 것은?

  1. 1. 중량과 부피의 감소를 통한 생산비용 절감
  2. 2. 부품의 호환성을 높이기 위해 표준규격 사용
  3. 3. 비용 절감을 위해 최소 표면 거칠기와 치수공차 사용
  4. 4. 가공, 조립, 운반, 검사 및 보수가 용이한 구조 선택

  정답 3번

  🔍 보기별 해설

  1. 설계에서 중량과 부피를 줄이면 재료와 가공량이 함께 줄어 생산비용이 내려간다. 설계 시 고려할 사항을 옳게 말한 것이므로 맞다.
  2. 부품의 호환성을 높이려면 표준규격에 맞게 만든 부품을 쓰는 것이 가장 유리하다. 표준화의 이점을 옳게 말한 것이므로 맞다.
  3. 표면 거칠기와 치수공차를 필요 이상으로 정밀하게 잡으면 가공 공정과 검사가 늘어 비용이 오른다. 값을 가장 작게 두는 것이 절감이라는 설명은 반대이므로 옳지 않다(정답).
  4. 작업하기 쉽게 만들어 조립과 운반과 검사와 보수 단계의 비용과 노력이 전체 수명 동안 줄어든다. 설계 시 고려할 사항을 옳게 말한 것이므로 맞다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 부품 두 가지 설계안의 무게와 재료비를 한 장의 표로 만들어 나란히 견주어 보았다. 가벼운 쪽이 재료비뿐 아니라 운반비까지 적게 드는 것을 읽고 생산비 칸에 아래 화살표를 그려 넣었다.
  2. 甲은 볼트와 너트를 표준규격 제품으로 바꾼 설계안을 펼쳐 놓고 부품 규격 번호를 하나씩 읽어 보았다. 다른 공장에서 만든 것도 그대로 끼워져 교체가 쉽다는 점을 도면 여백에 메모했다.
  3. 甲은 표면 거칠기를 가장 곱게 지정한 도면의 가공 견적서를 손에 쥐고 항목별 금액을 훑어 보았다. 연마 공정이 추가되어 가격이 크게 오른 줄에 밑줄을 긋고 비용이 줄지 않는다고 적었다.
  4. 甲은 분해와 검사가 쉬운 덮개 구조로 바꾼 설계안을 원래 도면 위에 겹쳐 다시 그려 보았다. 부품 교환과 보수에 드는 시간이 줄어든다는 점을 비교표 끝 칸에 두 줄로 정리해 넣었다.

  표면 거칠기와 치수공차를 필요 이상으로 정밀하게 잡으면 가공과 검사가 늘어 비용이 오른다.

• 62

  지름이 10 mm, 피치가 3 mm인 2줄 나사를 3회전 하였을 때, 나사의 축방향 진행거리[mm]는?

  1. 1. 6
  2. 2. 9
  3. 3. 18
  4. 4. 30

  정답 3번

  🔍 보기별 해설

  1. 줄 수가 2인 나사의 리드는 피치의 두 배인 6 mm이다. 6 mm는 1회전에 나아가는 거리이지 3회전 진행거리가 아니므로 옳지 않다.
  2. 9 mm는 줄 수를 무시하고 피치 3 mm에 회전수 3만 곱한 값이다. 2줄 나사는 리드가 6 mm이어서 진행거리가 달라지므로 옳지 않다.
  3. 2줄 나사의 리드는 줄 수×피치=2×3=6 mm로 정해진다. 3회전하면 축방향으로 6×3=18 mm 나아가므로 옳다(정답).
  4. 30 mm는 나사의 지름 10 mm를 회전수 3에 곱한 값처럼 관계없는 수를 쓴 것이다. 진행거리는 리드×회전수이므로 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 2줄 나사를 손잡이로 한 바퀴만 돌려 나아간 거리를 버니어 캘리퍼스로 재어 보았다. 6 mm가 나와 3회전이 아니라 겨우 1회전 만에 나아간 값이라는 점을 문제지 여백에 적어 두었다.
  2. 甲은 피치 3 mm에 회전수 3만 곱해 얻은 9 mm라는 값을 계산지에 연필로 써 보았다. 3 mm에 3을 곱한 값은 줄 수를 빼먹은 것이라는 점을 그 옆에 붉은 글씨로 달아 두었다.
  3. 甲은 줄 수 2와 피치 3 mm를 곱해 리드 6 mm를 먼저 구해 두고 회전수 3을 다시 곱했다. 계산기 화면에 뜬 18 mm를 문제지 보기 3번과 맞춰 보고 답란에 옮겨 적었다.
  4. 甲은 지름 10 mm와 피치 3 mm를 곱한 30이라는 값을 계산지에 직접 만들어 보았다. 진행거리 식에는 지름이 들어가지 않는다는 점을 교재에서 짚어 그 계산을 줄로 그어 지웠다.

  2줄 나사의 리드는 2×3=6 mm이고 3회전하면 18 mm 나아간다.

• 63

  축이음에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 1. 두 축이 서로 어느 각도로 교차하면 유니버설 조인트(universal joint)를 사용한다.
  2. 2. 원통 안에서 두 축을 맞대어 키로 고정하는 것을 플랜지 커플링(flange coupling)이라 한다.
  3. 3. 진동이 많이 발생하는 곳에 충격을 흡수하기 위해 플렉시블 커플링(flexible coupling)을 사용한다.
  4. 4. 두 축이 평행하고 축심이 약간의 거리가 있을 때 올덤 커플링(oldham coupling)을 사용한다.

  정답 2번

  🔍 보기별 해설

  1. 두 축이 서로 어느 각도로 교차할 때는 각도를 이루어도 동력을 전하는 유니버설 조인트를 쓴다. 이음의 쓰임을 옳게 말한 설명이므로 맞다.
  2. 두 축의 끝을 하나의 통 속에 맞대고 키로 물려 고정하는 이음은 원통(머프) 커플링이다. 플랜지 커플링은 각 축 끝의 플랜지를 볼트로 조이는 이음이므로 옳지 않다(정답).
  3. 진동이 많이 생기는 곳에서는 충격을 흡수하도록 유연성을 가진 플렉시블 커플링을 쓴다. 이음의 쓰임을 옳게 말한 설명이므로 맞다.
  4. 두 축이 서로 평행하면서 축심이 조금 어긋나 있을 때는 미끄럼 디스크를 가진 올덤 커플링을 쓴다. 이음의 쓰임을 옳게 말한 설명이므로 맞다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 자동차 구동축에서 각도를 이루며 꺾여 돌아가는 십자형 이음을 사진으로 찍어 보았다. 교차하는 두 축을 잇는 유니버설 조인트라는 이름을 사진 아래쪽 여백에 손글씨로 적어 넣었다.
  2. 甲은 원통 하나에 두 축이 맞대어 들어가 키로 고정된 이음을 단면 그림으로 그려 보았다. 이 이음의 이름이 플랜지 커플링이 아니라 원통 커플링이라는 점을 그림 밑에 고쳐 옮겨 적었다.
  3. 甲은 진동이 심한 펌프 축 사이에 고무 요소가 끼워진 이음이 달려 있는 것을 손으로 만져 보았다. 충격과 진동을 받아 주는 플렉시블 커플링이라는 설명을 수첩 맨 윗줄에 받아 적었다.
  4. 甲은 평행하게 어긋난 두 축을 미끄럼 디스크가 잇는 올덤 커플링 그림을 종이에 따라 그렸다. 축심이 벗어난 만큼 가운데 디스크가 좌우로 미끄러지는 방향에 화살표 두 개를 달았다.

  원통 안에서 두 축을 맞대어 키로 고정하는 이음은 원통 커플링이지 플랜지 커플링이 아니다.

• 64

  잇수 20개, 모듈 10 mm인 구동 피니언이 잇수 80개인 기어와 맞물려 있을 때, 이 기어쌍의 속도비는?

  1. 1. 0.25
  2. 2. 0.5
  3. 3. 2
  4. 4. 4

  정답 1번

  🔍 보기별 해설

  1. 속도비는 종동 기어 잇수에 대한 구동 피니언 잇수의 비 20/80=0.25이다. 모듈은 속도비와 관계가 없으므로 옳다(정답).
  2. 0.5는 종동 기어 잇수를 40으로 놓았을 때의 값이다. 문제의 종동 기어는 80개이므로 속도비는 20/80=0.25이어서 옳지 않다.
  3. 2는 구동 쪽이 종동 쪽보다 클 때에나 나오는 값이다. 피니언 20개가 80개 기어를 돌리므로 속도비는 1보다 작아 옳지 않다.
  4. 4는 잇수비 80/20을 그대로 쓴 값이다. 속도비는 구동 쪽 잇수를 종동 쪽 잇수로 나눈 것이라 0.25이므로 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 피니언 20개와 기어 80개가 맞물린 그림을 그린 다음 잇수비 20/80을 계산해 보았다. 0.25가 나온 값을 모듈 10은 속도비와 관계없다는 메모와 함께 답란에 옮겼다.
  2. 甲은 기어 잇수를 40으로 잘못 읽어 20/40을 계산했고 0.5라는 값을 얻었다. 문제에 적힌 80개와 눈으로 대조해 잇수를 잘못 읽은 것을 알고 그 값에 큼직한 가위표를 쳤다.
  3. 甲은 속도비가 1보다 큰 값이 나오는 기어 배치를 빈 종이에 그림으로 그려 보았다. 구동 쪽 잇수가 더 클 때만 성립하는 배치라서 이 문제에서 주어진 2와는 맞지 않는다는 점을 짚었다.
  4. 甲은 잇수비를 80/20으로 뒤집어 계산해서 4라는 값을 얻어 보았다. 속도비는 구동 쪽 잇수를 분자에 놓아야 한다는 정의를 교재 속도비 항목에서 찾아 그 줄을 붉은 펜으로 표시했다.

  속도비는 구동 피니언 잇수를 종동 기어 잇수로 나눈 20/80=0.25이고 모듈과는 무관하다.

• 65

  체인 전동장치에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 1. 동시에 여러 축에 동력을 전달할 수 있다.
  2. 2. 초기 장력 없이 구동할 수 있다.
  3. 3. 미끄럼 현상이 있어 일정한 속도비를 얻을 수 없다.
  4. 4. 회전하는 2개의 스프로킷 휠 사이에 동력을 전달하기 위해 사용한다.

  정답 3번

  🔍 보기별 해설

  1. 체인 전동은 하나의 체인으로 여러 스프로킷을 감을 수 있어 동시에 여러 축에 동력을 전할 수 있다. 설명이 맞으므로 맞다.
  2. 체인은 스프로킷 이에 맞물려 동력을 전하므로 벨트처럼 초기 장력을 크게 주지 않고도 구동할 수 있다. 설명이 맞으므로 맞다.
  3. 체인 전동은 맞물림으로 전달되어 미끄럼이 없고 일정한 속도비를 얻을 수 있다. 미끄럼이 있어 일정한 속도비를 얻지 못한다는 설명은 틀렸으므로 옳지 않다(정답).
  4. 체인 전동은 회전하는 두 스프로킷 휠 사이를 체인으로 이어 동력을 전달하는 장치이다. 정의를 옳게 말한 설명이므로 맞다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 스프로킷 세 개에 체인 하나가 감긴 기계 그림을 펴 놓고 축마다 화살표를 그려 넣었다. 한 줄의 체인으로 여러 축에 동시에 동력이 나뉜다는 점을 그림 아래쪽 빈자리에 적었다.
  2. 甲은 체인을 스프로킷에 얹는 작업에서 벨트와 달리 팽팽하게 당기지 않아도 이가 맞물려 걸리는 것을 손으로 해 보았다. 초기 장력을 따로 걸어 줄 필요가 없다는 점을 노트에 받아 적었다.
  3. 甲은 체인이 한 바퀴 돌 때 스프로킷 이의 수를 세고 두 축의 회전수를 재어 견주었다. 잇수비와 같은 비율로 정확히 도는 것을 읽고 미끄럼 없음이라고 측정표 맨 아래 옆에 적어 두었다.
  4. 甲은 두 스프로킷 사이를 체인 한 줄이 잇는 가장 기본적인 구조를 종이 한 장에 그려 보았다. 구동 쪽과 종동 쪽 이름을 각각 글씨로 붙이고 회전 방향은 화살표로 표시해 두었다.

  체인 전동은 맞물림으로 전달하므로 미끄럼이 없어 일정한 속도비를 얻는다.

• 66

  회전토크 T 를 전달하는, 직경이 D 인 회전축에 폭과 높이가 h 인 평행키(parallel key)가 설치되어 있다. 키 재료의 허용압축응력이 σ_c , 허용전단응력이 τ_s (= 0.4 σ_c) 일 때, 평행키의 필요한 최소 길이는? (단, 키의 묻힘 높이는 0.5 h 이며, 축 재료의 강도는 고려하지 않는다)

  1. 1. {2T / D h σ_c}
  2. 2. {3T / D h σ_c}
  3. 3. {4T / D h σ_c}
  4. 4. {5T / D h σ_c}

  정답 4번

  🔍 보기별 해설

  1. 압축 조건에서 F=σc×(h/2)×l이고 F=2T/D이므로 l=4T/(Dhσc)이다. 전단 조건까지 고려해 더 큰 쪽을 써야 하므로 2T/(Dhσc)는 너무 짧아 옳지 않다.
  2. 3T/(Dhσc)는 압축 조건의 4T/(Dhσc)에도 못 미친다. 전단 조건이 요구하는 5T/(Dhσc)보다 작아 키가 파손되므로 옳지 않다.
  3. 4T/(Dhσc)는 압축응력 조건만 만족하는 길이이다. 전단 조건은 5T/(Dhσc)를 요구하므로 이 길이로는 전단이 허용을 넘어 옳지 않다.
  4. 전달력 F=2T/D이고 압축 조건은 l≥4T/(Dhσc), 전단 조건은 F/(hl)≤0.4σc에서 l≥5T/(Dhσc)이다. 두 조건을 모두 만족하는 최소 길이가 5T/(Dhσc)이므로 옳다(정답).

  🧮 풀이

  1. 甲은 키 길이를 2T/(Dhσc)로 놓고 압축응력을 검산지 위에서 다시 계산해 보았다. 허용값을 넘는 것을 읽고 4T가 필요한 압축 조건에도 못 미치는 짧은 길이라고 식 옆에 표시했다.
  2. 甲은 키 길이 3T/(Dhσc)를 전단 조건 식에 넣어 전단응력을 계산해 보았다. 허용 0.4σc를 넘는 값이 나와 5T에 못 미쳐 길이가 부족하다고 계산지 여백에 크게 적었다.
  3. 甲은 압축 조건만으로 구한 4T/(Dhσc)를 전단 조건 식에 그대로 대입해 보았다. 전단응력이 허용 0.4σc를 넘어 길이가 부족하다는 점을 붉은 펜으로 식 바로 밑에 굵게 표시했다.
  4. 甲은 압축 조건에서 나온 4T와 전단 조건에서 나온 5T를 나란히 놓고 크기를 견주어 보았다. 두 조건을 모두 채우는 큰 쪽인 5T/(Dhσc)를 최소 길이로 골라 답란에 옮겨 적었다.

  압축 조건 l≥4T/(Dhσc)와 전단 조건 l≥5T/(Dhσc) 중 큰 쪽인 5T/(Dhσc)가 최소 길이이다.

• 67

  다음 IT 기본공차표를 이용하여 직경 φ 70의 축과 구멍을 끼워맞춤 하고자 한다. 구멍의 공차가 JS7이고 축의 공차가 h6일 때, 축과 구멍 사이의 최대 틈새[mm]는? (단위: μ m)

  공차등급 치수구분[mm] IT5 IT6 IT7 IT8 30 초과 50 이하 11 16 25 39 50 초과 80 이하 13 19 30 46

  1. 1. 0.019
  2. 2. 0.034
  3. 3. 0.038
  4. 4. 0.060

  정답 2번

  🔍 보기별 해설

  1. 0.019는 축 공차 IT6의 값 19 μm뿐이다. 최대 틈새는 구멍 상한 +15와 축 하한 −19의 차인 34 μm이므로 옳지 않다.
  2. 직경 70은 50 초과 80 이하 구간이라 IT7=30, IT6=19이다. JS7은 ±15, h6은 0~−19이므로 최대 틈새는 15−(−19)=34 μm=0.034 mm이어서 옳다(정답).
  3. 0.038은 IT6 값 19를 두 번 더한 수이다. 최대 틈새는 구멍 상한 +15와 축 하한 −19로 34이므로 옳지 않다.
  4. 0.060은 IT7의 두 배인 60을 쓴 값이다. 실제 최대 틈새는 구멍 상한과 축 하한으로 구한 34 μm이므로 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 IT 공차표에서 IT6 칸의 19만 읽어 0.019라고 답을 써 보았다. 구멍 쪽 JS7의 ±15를 더해야 한다는 점을 표에서 찾아 손으로 짚은 뒤 그 답을 지우고 처음부터 다시 셈했다.
  2. 甲은 치수구분 50 초과 80 이하 줄을 손가락으로 짚어 IT7 30과 IT6 19를 읽어 냈다. JS7의 ±15와 h6의 -19를 합한 0.034를 구해 보기 2번을 고르고 답란에 옮겨 적었다.
  3. 甲은 IT6 값 19를 두 번 더해 38이라는 수를 계산지에 써 보았다. 구멍 공차 IT7의 절반인 15가 들어가야 한다는 점을 공차표 IT7 칸에서 찾아 그 수에 줄을 그어 지웠다.
  4. 甲은 IT7의 두 배인 60을 최대 틈새 자리에 적어 보았다. 구멍의 상한 +15와 축의 하한 -19를 넣어 다시 셈하면 34가 나오는 것을 표 오른쪽 옆에 나란히 써서 견주었다.

  φ70은 50 초과 80 이하 구간이라 IT7=30, IT6=19이고 최대 틈새는 +15−(−19)=34 μm=0.034 mm이다.

• 68

  리벳구멍의 지름이 20 mm, 피치가 40 mm인 1열 겹치기 리벳이음에서 판의 효율을 η 라 할 때, 피치만을 80 mm로 변경 시 판의 효율은?

  1. 1. η
  2. 2. 1.5 η
  3. 3. 2 η
  4. 4. 2.5 η

  정답 2번

  🔍 보기별 해설

  1. 판의 효율은 (p−d)/p이다. 피치를 80으로 바꾸면 (80−20)/80=0.75로 기존 0.5에서 달라지므로 그대로 η라는 설명은 옳지 않다.
  2. 판의 효율 η=(p−d)/p에서 피치 40일 때 (40−20)/40=0.5이고 피치 80일 때 (80−20)/80=0.75이다. 0.75는 0.5의 1.5배이므로 옳다(정답).
  3. 2η이면 효율이 1.0이 되어야 하는데 리벳 구멍이 뚫린 판의 효율은 1이 될 수 없다. 실제는 0.75이므로 옳지 않다.
  4. 2.5η이면 판의 효율이 0.5×2.5=1.25로 1을 넘게 된다. 구멍이 있는 판의 효율은 1을 넘을 수 없으므로 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 피치를 바꿔도 효율이 같다고 가정하고 η라는 글자를 보기 후보 목록 옆에 적어 보았다. 피치가 커지면 (p-d)/p도 함께 커진다는 점을 식으로 풀어 써서 그 답을 지워 버렸다.
  2. 甲은 지름 20 mm 리벳 구멍이 뚫린 판에서 피치 40일 때 0.5, 피치 80일 때 0.75를 각각 구했다. 두 값의 비 1.5를 눈으로 읽고 보기 2번 옆에 옮겨 적은 뒤 동그라미를 쳤다.
  3. 甲은 효율이 2η가 되려면 판의 효율이 1이 되어야 한다는 점을 식으로 계산해 보았다. 리벳 구멍이 뚫린 판은 효율이 1이 될 수 없다는 결론을 계산지 여백에 크게 정리해 두었다.
  4. 甲은 효율 0.5에 2.5를 곱하면 1.25가 되는 것을 계산지 한쪽에 적어 보았다. 구멍이 뚫린 판의 효율이 1을 넘을 수 없다는 점에 붉은 줄을 그어 보기 옆에 가위표를 쳤다.

  판의 효율 (p−d)/p는 피치 40에서 0.5, 피치 80에서 0.75이므로 1.5η이다.

• 69

  순수 반경방향 하중 P 를 받고 있는 롤러베어링과 볼베어링의 수명이 동일한 경우, 롤러베어링의 기본 동정격하중이 C_1 일 때, 볼베어링의 기본 동정격하중은? (단, 두 베어링의 회전속도는 동일하다)

  1. 1. P^{- {1 / 10}} C_1^{{9 / 10}}
  2. 2. P^{{1 / 10}} C_1^{{9 / 10}}
  3. 3. P^{- {1 / 9}} C_1^{{10 / 9}}
  4. 4. P^{{1 / 9}} C_1^{{10 / 9}}

  정답 3번

  🔍 보기별 해설

  1. 롤러베어링의 수명 지수는 10/3, 볼베어링은 3이다. 같은 수명이면 볼베어링 동정격하중이 C1의 10/9승에 비례하는데 이 보기는 지수가 9/10승이라 옳지 않다.
  2. 이 보기는 P의 1/10승에 C1의 9/10승을 곱한 꼴이다. 같은 수명 조건에서 유도한 지수 10/9와 맞지 않아 옳지 않다.
  3. 수명 L=(C/P)^p에서 롤러 p=10/3, 볼 p=3이고 수명이 같으면 (C1/P)^(10/3)=(C2/P)^3이다. 이를 풀면 C2=P^(−1/9)C1^(10/9)이므로 옳다(정답).
  4. P^(1/9)C1^(10/9)는 C1의 지수는 맞지만 P의 지수 부호가 반대이다. 두 지수의 합이 1이 되도록 P는 −1/9승이어야 하므로 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 볼베어링과 롤러베어링의 수명 지수 3과 10/3을 노트 위쪽 절반에 표로 정리해 보았다. 9/10승을 쓴 식은 두 지수의 자리가 뒤집혀 있다는 점을 표 아래쪽에 짚어 두었다.
  2. 甲은 둘째 식에 나온 P의 1/10승과 C1의 9/10승이 어떤 수명식에서 나오는지 거슬러 올라가 보았다. 수명식에서 나오는 지수 10/9와 맞지 않는다는 점을 식 옆에 적어 넣었다.
  3. 甲은 롤러와 볼의 수명식을 같다고 놓고 양변에 3승근을 취해 보았다. C2=P^(-1/9)C1^(10/9)가 나온 것을 문제지의 보기와 눈으로 대조하고 그 식을 답란에 옮겨 적었다.
  4. 甲은 넷째 식에 나온 P와 C1의 지수를 하나로 더해 보았다. 하중의 단위가 되려면 합이 1이어야 하는데 11/9가 되어 버려 맞지 않는다고 식 옆에 붉은 펜으로 크게 적어 두었다.

  수명이 같으면 (C1/P)^(10/3)=(C2/P)^3이므로 C2=P^(−1/9)·C1^(10/9)이다.

• 70

  마찰 클러치 설계 시 고려 사항으로 옳지 않은 것은?

  1. 1. 동력을 차단시킬 때 큰 외력이 불필요할 것
  2. 2. 관성력을 작게 하기 위해 소형, 경량으로 할 것
  3. 3. 마모의 발생에 대하여 적절한 수정이 가능할 것
  4. 4. 종동축에 과대한 하중이 작용하더라도 미끄럼이 발생하지 않을 것

  정답 4번

  🔍 보기별 해설

  1. 마찰 클러치는 동력을 끊을 때 큰 외력이 필요하지 않게 설계해야 조작이 쉽다. 설계 고려 사항을 옳게 말한 것이므로 맞다.
  2. 회전하는 부분의 관성력을 줄이려고 클러치는 되도록 소형이고 가볍게 만든다. 설계 고려 사항을 옳게 말한 것이므로 맞다.
  3. 마찰면은 닳으므로 마모가 생겨도 간극을 조정하는 등 적절히 수정할 수 있어야 한다. 설계 고려 사항을 옳게 말한 것이므로 맞다.
  4. 마찰 클러치는 종동축에 과대한 하중이 걸리면 미끄러져 기계를 보호하는 것이 장점이다. 미끄럼이 발생하지 않아야 한다는 설명은 틀렸으므로 옳지 않다(정답).

  🧮 풀이

  1. 甲은 클러치 레버를 당겨 동력을 끊는 시연에서 손에 전해지는 힘을 직접 느껴 보았다. 큰 힘을 들이지 않고도 동력이 끊어지도록 설계되었다는 점을 노트 앞쪽 장 맨 위에 적어 두었다.
  2. 甲은 소형 경량 클러치와 크고 무거운 클러치의 회전 관성 값을 한 표에 견주어 보았다. 가벼운 쪽이 시동이 빨리 걸려 관성 손실이 작은 것을 읽고 그 칸에 작은 별표를 달아 두었다.
  3. 甲은 오래 쓴 클러치의 마찰면이 닳은 것을 손끝으로 만져 보고 간극 조정 나사를 돌려 보았다. 마모가 생겨도 조정으로 수정할 수 있는 구조라는 점을 수첩에 한 줄로 메모해 두었다.
  4. 甲은 과부하가 걸린 축에서 마찰 클러치가 미끄러져 기계가 멈추지 않고 보호되는 장면을 시험 영상으로 살펴보았다. 미끄럼이 곧 안전장치 구실을 한다는 점을 노트에 두 줄로 정리해 두었다.

  마찰 클러치는 과부하 때 미끄러져 기계를 보호하므로 미끄럼이 없어야 한다는 것은 틀렸다.

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• 71

  맞대기 용접에서 용접부 길이가 l , 용접 목두께가 t 이며, 그림과 같이 굽힘모멘트 M_z 가 작용할 때, 용접부에서 발생하는 최대 굽힘응력은? (단, 용접 덧붙임 부위는 연마공정으로 평평하게 다듬는다)

  1. 1. {6M_z / t^2 l}
  2. 2. {6M_z / tl^2}
  3. 3. {12M_z / t^2 l}
  4. 4. {12M_z / tl^2}

  정답 2번

  🔍 보기별 해설

  1. 맞대기 용접부의 단면은 길이 l, 두께 t인 직사각형이고 굽힘 단면계수가 tl²/6이다. 6M/(t²l)은 l과 t의 자리가 바뀐 식이라 옳지 않다.
  2. M_z가 용접선 방향 길이 l을 폭으로 하는 면 내 굽힘이라 I=tl³/12이고 c=l/2이다. σ=Mc/I=6M_z/(tl²)이므로 옳다(정답).
  3. 12M/(t²l)은 바깥 섬유까지 거리 c를 l로 잘못 잡고 두 길이의 자리도 바뀐 식이다. 단면계수는 tl²/6이므로 옳지 않다.
  4. 12M/(tl²)은 c를 l로 놓아 단면계수를 tl²/12로 잘못 쓴 값이다. 바깥 섬유까지의 거리는 l/2이므로 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 맞대기 용접부 단면을 길이 l과 두께 t의 직사각형으로 그려 보았다. 6M/(t²l)은 l과 t의 자리가 뒤바뀐 식이라는 점을 그림 옆에 화살표로 길게 이어 적어 넣었다.
  2. 甲은 굽힘축을 z로 잡고 용접부 단면 2차 모멘트를 tl³/12로 세워 보았다. 바깥 섬유까지 거리 l/2를 넣어 얻은 6M_z/(tl²)을 보기와 맞춰 보고 답란에 옮겨 적었다.
  3. 甲은 12M/(t²l)의 분모가 t²l이 되는 이유를 단면 그림에서 거꾸로 따라가 보았다. 두 길이의 자리가 뒤바뀐 곳을 찾아 그 자리에 붉은 표시를 붙이고 바른 식을 곁에 적어 두었다.
  4. 甲은 바깥 섬유까지의 거리를 l로 넣어 단면계수를 계산하고 12M/(tl²)을 얻어 보았다. 실제 거리는 l/2라는 점을 식과 견주어 값이 두 배로 나온 것을 바로잡고 답에서 뺐다.

  용접부 단면은 폭 l, 두께 t인 직사각형이라 I=tl³/12, c=l/2에서 σ=6M_z/(tl²)이다.

• 72

  중실축이 1,000 rpm으로 30 kW의 동력을 전달한다. 축에서 전단응력이 100 MPa를 초과하지 않기 위한 축의 최소 지름[mm]은? (단, π ＝ 3이다)

  1. 1. ∛(12,000)
  2. 2. ∛(13,500)
  3. 3. ∛(15,000)
  4. 4. ∛(16,000)

  정답 4번

  🔍 보기별 해설

  1. 토크 T=60P/(2πN)=300 N·m=300,000 N·mm이다. 지름이 이보다 작은 12,000이면 전단응력이 약 133 MPa로 허용 100을 넘어 옳지 않다.
  2. 13,500이면 전단응력이 16×300,000/(3×13,500)로 약 118.5 MPa가 되어 허용 100을 넘는다. 지름이 모자라 옳지 않다.
  3. d³가 15,000이면 전단응력이 16×300,000/(3×15,000)로 약 106.7 MPa가 되어 허용 100을 넘는다. 지름이 모자라 옳지 않다.
  4. 동력 30 kW, 1,000 rpm에서 T=60×30,000/(2×3×1,000)=300 N·m이다. τ=16T/(πd³)≤100에서 d³=16×300,000/(3×100)=16,000이므로 옳다(정답).

  🧮 풀이

  1. 甲은 d³를 12,000으로 놓고 비틀림 전단응력 식에 넣어 값을 계산해 보았다. 133 MPa가 나와 허용 100을 넘는다는 점을 계산 표 오른쪽 옆에 굵은 글씨로 크게 적어 두었다.
  2. 甲은 d³=13,500을 같은 식에 그대로 넣어 전단응력을 계산했고 118.5 MPa라는 값을 얻었다. 허용 100보다 큰 값이라는 점을 계산지 옆에 붉은 밑줄을 그어 표시했다.
  3. 甲은 지름의 세제곱 d³=15,000을 식에 넣어 전단응력 106.7 MPa라는 값을 얻어 냈다. 허용 100보다 여전히 큰 값이라 보기 3번은 안 된다고 붉은 펜으로 짚어 두었다.
  4. 甲은 동력 30 kW와 회전속도 1,000 rpm에서 토크 300 N·m를 먼저 구했다. d³=16,000을 얻은 뒤 그 세제곱근 꼴로 쓴 보기 4번을 찾아 답란에 옮겨 표시했다.

  T=60P/(2πN)=300 N·m이고 d³=16T/(πτ)=16×300,000/(3×100)=16,000이다.

• 73

  V벨트의 장점에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 1. 접촉 면적이 넓어서 큰 동력을 전달할 수 있다.
  2. 2. 축간거리를 단축시킬 수 있어 설치 면적을 절약할 수 있다.
  3. 3. 이음매가 없어서 충격을 완화할 수 있고 운전이 정숙하다.
  4. 4. 미끄럼이 없어 속도비가 고정되므로 정밀 동기 운전에 적합하다.

  정답 4번

  🔍 보기별 해설

  1. V벨트는 홈에 끼워져 쐐기 작용으로 접촉 면적이 넓어 평벨트보다 큰 동력을 전달할 수 있다. 장점을 옳게 말한 것이므로 맞다.
  2. V벨트는 평벨트보다 축간거리를 짧게 잡을 수 있어 설치 면적을 아낄 수 있다. V벨트의 장점을 옳게 말한 것이므로 맞다.
  3. V벨트는 이음매가 없는 고리 모양이라 이음매 충격이 없어 충격을 완화하고 운전이 조용하다. V벨트의 장점을 옳게 말한 것이므로 맞다.
  4. V벨트는 마찰로 전달하므로 미끄럼이 어느 정도 생겨 속도비가 정확히 고정되지 않는다. 미끄럼이 없어 정밀 동기 운전에 적합하다는 설명은 틀렸으므로 옳지 않다(정답).

  🧮 풀이

  1. 甲은 V벨트가 풀리 홈에 쐐기처럼 끼어 들어가는 단면을 종이에 그려 보았다. 접촉면이 넓어 같은 장력에서도 더 큰 힘이 전달된다는 점을 그림 옆에 한 줄로 눌러 적어 넣었다.
  2. 甲은 V벨트 전동 기계와 평벨트 전동 기계의 설치 도면을 나란히 놓고 축 사이 길이를 견주었다. V벨트 쪽이 축간거리가 짧아 설치 공간이 덜 드는 것을 두 도면 밑 비교표에 정리했다.
  3. 甲은 이음매 없이 고리 모양으로 만든 V벨트를 손에 쥐고 둘레를 따라 손끝으로 가만히 훑어 보았다. 이음매에서 오는 충격이 없어 운전이 조용하다는 점을 노트에 한 줄로 받아 적었다.
  4. 甲은 V벨트로 돌리는 팬의 회전수를 회전계로 재어 이론값과 견주어 보았다. 조금씩 낮게 나오는 차이를 미끄럼 탓으로 돌려 측정표 아래 빈칸에 그 이유를 메모하고 별표를 달았다.

  V벨트는 마찰 전동이라 미끄럼이 있어 속도비가 정확히 고정되지 않는다.

• 74

  두 축이 교차하지도 않고 평행하지도 않는 동력 전달용 기어로만 옳게 짝지은 것은?

  1. 1. 웜과 웜휠, 헬리컬 기어
  2. 2. 웜과 웜휠, 하이포이드 기어
  3. 3. 헬리컬 기어, 직선 베벨 기어
  4. 4. 스파이럴 베벨 기어, 스퍼 기어

  정답 2번

  🔍 보기별 해설

  1. 웜과 웜휠은 두 축이 교차하지도 평행하지도 않지만 헬리컬 기어는 평행한 축에 쓰인다. 한쪽이 조건에 맞지 않는 짝이므로 옳지 않다.
  2. 웜과 웜휠, 하이포이드 기어는 모두 두 축이 서로 어긋나 교차하지도 평행하지도 않은 경우에 쓴다. 두 짝 모두 조건에 맞으므로 옳다(정답).
  3. 헬리컬 기어는 평행한 축에 쓰이고 직선 베벨 기어는 교차하는 축에 쓰인다. 두 짝 다 어긋난 축 조건에 맞지 않으므로 옳지 않다.
  4. 스파이럴 베벨 기어는 교차하는 축에 쓰이고 스퍼 기어는 평행한 축에 쓰인다. 두 짝 다 어긋난 축 조건에 맞지 않으므로 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 웜 기어 감속기와 헬리컬 기어 변속기 뚜껑을 나란히 열어 두 축이 놓인 배치를 살펴보았다. 웜은 축이 어긋나 있고 헬리컬은 나란하다는 점을 두 기어 이름 아래 비교표에 채웠다.
  2. 甲은 자동차 차동장치의 하이포이드 기어와 웜 감속기의 축 배치를 종이에 그려 보았다. 두 기어 모두 축이 만나지도 평행하지도 않다는 점을 그림 옆 빈자리에 두 줄로 표시했다.
  3. 甲은 헬리컬 기어 축은 나란하고 직선 베벨 기어 축은 한 점에서 만나는 그림을 각각 그렸다. 두 배치가 모두 문제의 조건과 다르다는 점을 그림 밑에 작은 글씨로 한 줄씩 달아 두었다.
  4. 甲은 스파이럴 베벨 기어와 스퍼 기어의 축을 연장선으로 그려 서로 견주어 보았다. 각각 교차와 평행이라 어긋난 축이 아니라는 점을 붉은 펜으로 두 그림 아래에 각각 표시했다.

  웜과 웜휠, 하이포이드 기어는 두 축이 교차하지도 평행하지도 않을 때 쓴다.

• 75

  사이클로이드(cycloid) 치형에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 1. 접촉 위치가 변해도 압력각이 일정하게 유지된다.
  2. 2. 치형의 맞물림 과정에서 마모와 소음이 적은 편이다.
  3. 3. 시계와 같은 정밀 기계 장치에서 사용되는 예가 많다.
  4. 4. 외접 구름원(epicycloid)과 내접 구름원(hypocycloid)에 의해 치형 윤곽이 형성된다.

  정답 1번

  🔍 보기별 해설

  1. 사이클로이드 치형은 접촉점이 이동하면서 접선 방향이 바뀌어 압력각이 변한다. 압력각이 일정하다고 한 설명은 틀렸으므로 옳지 않다(정답).
  2. 사이클로이드 치형은 맞물림이 매끄럽고 치면의 미끄럼이 적어 마모와 소음이 적은 편이다. 설명을 옳게 말한 것이므로 맞다.
  3. 사이클로이드 치형은 맞물림이 정밀해서 손목시계 같은 정밀 기계 장치에 많이 쓰인다. 쓰임새를 옳게 말한 설명이므로 맞다.
  4. 치형은 외접 구름원이 만드는 에피사이클로이드와 내접 구름원이 만드는 하이포사이클로이드로 이루어진다. 설명을 옳게 말한 것이므로 맞다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 사이클로이드 치형이 맞물릴 때 접촉점마다 접선각을 각도기로 재어 보았다. 각도가 조금씩 달라지는 것을 읽고 그 값들을 접촉 위치별로 미리 그려 둔 표에 차례로 옮겨 적었다.
  2. 甲은 오래 돌린 사이클로이드 기어와 다른 기어의 마모량과 소음 측정값을 표로 견주어 보았다. 마모와 소음 두 값이 모두 낮게 나온 쪽 칸에 동그라미를 크게 치고 별표를 달았다.
  3. 甲은 손목시계 안쪽 톱니바퀴의 치형이 사이클로이드라는 설명을 잡지 기사에서 읽어 보았다. 정밀 기계 장치에 많이 쓰인다는 점을 단어 카드 뒷면 빈 곳에 한 줄로 적어 두었다.
  4. 甲은 큰 원 바깥을 구르는 작은 원과 안쪽을 구르는 작은 원이 그리는 곡선을 각각 그렸다. 두 곡선이 바깥쪽 치형과 안쪽 치형을 이룬다는 점을 그림 옆 빈칸에 덧붙여 써 두었다.

  사이클로이드 치형은 접촉점이 움직이면 접선 방향이 바뀌어 압력각이 변한다.

• 76

  그림과 같이 원판 마찰차를 사용한 무단변속장치가 미끄럼 없이 10 W의 동력을 전달하고 있다. 구동축 원판의 지름 D_A 는 100 mm, 종동축 원판의 지름 D_B 는 20 mm이고, 종동축 원판은 구동축 원판의 중심으로부터 20 mm인 X 만큼 떨어져 있다. 구동축 원판이 50 rpm으로 회전하고 있을 때, 종동축에 작용하는 토크[Nㆍmm]는? (단, π ＝ 3이다)

  1. 1. 250
  2. 2. 500
  3. 3. 1,000
  4. 4. 2,000

  정답 3번

  🔍 보기별 해설

  1. 토크 250 N·mm이면 10 W를 전달하려면 종동축이 40 rad/s로 돌아야 한다. 접촉 속도에서 구한 각속도 10 rad/s와 크게 달라 옳지 않다.
  2. 토크 500 N·mm이면 10 W에서 종동축 각속도가 20 rad/s여야 한다. 실제 각속도는 접촉 속도 100 mm/s를 반지름 10 mm로 나눈 10 rad/s이므로 옳지 않다.
  3. 구동 원판 50 rpm은 각속도 5 rad/s이고 접촉점 속도는 5×20=100 mm/s이다. 종동 원판 반지름 10 mm에서 각속도 10 rad/s이므로 토크는 10 W÷10 rad/s=1 N·m=1,000 N·mm이어서 옳다(정답).
  4. 토크 2,000 N·mm이면 10 W에서 종동축 각속도가 5 rad/s여야 한다. 실제 각속도는 10 rad/s이므로 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 종동축이 40 rad/s로 돌아야 10 W를 전하는 토크가 250 N·mm라는 계산을 해 보았다. 실제 종동 각속도가 10 rad/s뿐이라는 점을 짚어 보기 1번의 계산을 줄로 그어 지웠다.
  2. 甲은 접촉 속도로 구한 종동축 각속도 10 rad/s를 기준으로 토크 500 N·mm의 출력을 셈했다. 5 W밖에 되지 않아 10 W와 맞지 않는다는 점을 표에 나란히 적어 넣었다.
  3. 甲은 접촉 속도 100 mm/s를 종동 반지름 10 mm로 나눠 각속도 10 rad/s를 얻었다. 10 W를 그 각속도로 나눈 1 N·m를 1,000 N·mm로 고쳐 답란에 옮겼다.
  4. 甲은 토크 2,000 N·mm에 종동 각속도 10 rad/s를 곱해 출력을 셈해 보았다. 20 W로 10 W의 두 배가 되어 맞지 않는다는 점을 붉은 펜으로 그 줄을 짚어 표시했다.

  접촉 속도 100 mm/s에서 종동축 각속도 10 rad/s이고 토크는 10 W÷10 rad/s=1 N·m=1,000 N·mm이다.

• 77

  원통 축을 중심으로 회전하는 균일한 원통형 관성차의 운동에너지가 E 이다. 지름이 2배가 되고, 회전각속도가 1/2 로 줄어든 원통형 관성차의 운동에너지는? (단, 관성차의 재질과 두께는 유지된다)

  1. 1. 2 E
  2. 2. 4 E
  3. 3. 8 E
  4. 4. 16 E

  정답 2번

  🔍 보기별 해설

  1. 2E는 J를 지름의 3승으로 보아 8배로 놓았을 때 나오는 값이다. 실제로 J는 4승에 비례해 16배이고 ω²이 1/4이므로 E는 4배이어서 옳지 않다.
  2. 원통형 관성차의 J는 재질과 두께가 같으면 지름의 4승에 비례해 지름 2배에서 16배가 된다. 각속도 1/2이면 ω²이 1/4이므로 E는 16×1/4=4배이어서 옳다(정답).
  3. 8E이면 각속도 감소를 반영해도 J가 32배로 늘었어야 한다. 실제 J는 지름 4승에 따라 16배이므로 E는 4배이어서 옳지 않다.
  4. 16E는 각속도 감소를 반영하지 않고 J 16배만 곱한 값이다. ω²이 1/4로 줄어들므로 E는 4배이어서 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 J가 지름의 3승에 비례한다고 가정해 8배를 얻고 각속도 1/4배를 곱해 2E를 계산해 보았다. 교재의 관성모멘트 식에서 지름의 4승이라는 점을 찾아 계산을 정정하고 답에서 뺐다.
  2. 甲은 J 16배에 각속도 제곱 1/4을 곱해 운동에너지가 4배가 되는 것을 구했다. 계산 결과를 4E로 바꿔 쓴 뒤 문제지 보기 2번과 하나씩 맞춰 보고 답란에 동그라미로 표시했다.
  3. 甲은 J를 32배로 잘못 계산해서 8E라는 값을 얻어 보았다. 지름 2배의 J는 지름의 4승에 따라 16배라는 점을 관성모멘트 식과 대조해 계산지 여백에 붉은 글씨로 크게 표시했다.
  4. 甲은 J 16배만 곱하고 각속도 감소를 빼먹어 16E라는 값을 얻어 보았다. 각속도 제곱이 1/4이 된다는 점을 떠올린 뒤 곱하는 차례를 처음부터 다시 고쳐 썼고 잘못 곱한 줄에 가위표를 쳤다.

  원통 관성차의 J는 지름의 4승에 비례해 16배이고 ω²은 1/4이므로 운동에너지는 4배이다.

• 78

  양면에 동일한 패드가 삽입된 캘리퍼형 디스크 브레이크를 19.2 kW의 동력이 가해지는 축에 설치하였다. 회전속도가 600 rpm인 축의 회전을 멈추기 위해 한쪽 마찰패드가 원판에 작용해야 하는 최소 마찰력[kN]은? (단, 접촉면은 균일마모조건이며, 원판 중심으로부터 패드 중심까지의 거리는 80 mm이고, π ＝ 3이다)

  1. 1. 2
  2. 2. 3
  3. 3. 4
  4. 4. 5

  정답 1번

  🔍 보기별 해설

  1. 토크 T=60P/(2πN)=60×19,200/(2×3×600)=320 N·m이다. 양면 패드는 마찰력 두 개가 반지름 0.08 m에 작용하므로 F=320/(2×0.08)=2,000 N=2 kN이어서 옳다(정답).
  2. 3 kN이면 두 패드의 제동 토크가 2×3,000×0.08=480 N·m로 320보다 크다. 최소 마찰력이 아니므로 옳지 않다.
  3. 4 kN이면 제동 토크가 2×4,000×0.08=640 N·m로 320의 두 배이다. 최소 마찰력이 아니므로 옳지 않다.
  4. 5 kN이면 제동 토크가 2×5,000×0.08=800 N·m로 320의 2.5배이다. 필요한 최소 마찰력이 아니므로 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 동력 19.2 kW를 회전속도 600 rpm으로 나누어 토크 320 N·m를 구했다. 패드 두 개와 반지름 0.08 m로 나눈 2 kN이 나오자 그 값을 답란에 옮겨 적었다.
  2. 甲은 마찰력 3 kN으로 두 패드의 제동 토크를 계산해 480 N·m라는 값을 얻었다. 필요한 320을 넘는 값이라 최소가 아니라는 점을 계산 표 오른쪽 끝 칸에 적어 넣었다.
  3. 甲은 마찰력 4 kN일 때의 제동 토크가 640 N·m가 되는 것을 계산지에 써 보았다. 필요한 320의 두 배라 최소가 아니라는 점에 두꺼운 줄로 밑줄을 긋고 가위표를 쳤다.
  4. 甲은 마찰력 5 kN이면 제동 토크가 800 N·m가 되는 것을 손에 쥔 계산기로 두드려 보았다. 필요한 320의 두 배 반이라 너무 크다는 점을 계산지 오른쪽 옆에 짧게 적어 두었다.

  T=60P/(2πN)=320 N·m이고 양면 패드 두 개가 반지름 0.08 m에서 작용하므로 F=320/(2×0.08)=2 kN이다.

• 79

  관이음과 밸브에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 1. 게이트 밸브는 밸브 봉을 돌려서 열 때 밸브 시트의 면과 직선적으로 미끄럼 운동한다.
  2. 2. 체크 밸브는 밸브의 무게와 밸브 양면에 작용하는 압력차로써 자동적으로 작동하여 역류를 방지한다.
  3. 3. 나사 이음은 관에 나사산을 내어 맞물리게 체결하는 방식으로, 접속부에 패킹 등을 넣어 누설을 방지한다.
  4. 4. 플랜지 이음은 관 끝단에 플랜지를 설치하고 결합하는 방식으로, 주로 소구경 배관이나 저압 배관에 적합하다.

  정답 4번

  🔍 보기별 해설

  1. 게이트 밸브는 밸브 봉을 돌려 열 때 밸브 시트 면과 직선적으로 미끄럼 운동하며 유로를 연다. 밸브 작동 방식을 옳게 말한 설명이므로 맞다.
  2. 체크 밸브는 밸브의 무게와 양면에 걸리는 압력차로 스스로 열리고 닫혀 역류를 막는다. 밸브 작동 방식을 옳게 말한 설명이므로 맞다.
  3. 나사 이음은 관에 나사산을 내어 맞물려 체결하고 접속부에 패킹 등을 넣어 누설을 막는다. 이음 방식을 옳게 말한 설명이므로 맞다.
  4. 플랜지 이음은 관 끝에 플랜지를 붙여 볼트로 결합하는 방식으로 주로 대구경이나 고압 배관에 쓴다. 소구경 저압 배관에 적합하다는 설명은 틀렸으므로 옳지 않다(정답).

  🧮 풀이

  1. 甲은 게이트 밸브 핸들을 돌리며 밸브체가 유로 안에서 직선으로 올라가는 것을 지켜보았다. 밸브체가 시트 면과 미끄러지며 열리는 모습을 단면 그림으로 노트 한 쪽 가득 그려 두었다.
  2. 甲은 체크 밸브가 물이 거꾸로 흐르려 할 때 저절로 닫히는 모습을 시험 설비 앞에서 지켜보았다. 밸브의 무게와 양면의 압력차로 작동한다는 점을 노트 오른쪽 장에 한 줄로 적어 넣었다.
  3. 甲은 나사산이 파인 강관 끝에 패킹을 감아 이음을 두 손으로 돌려 조립해 보았다. 접속부의 누설을 막으려고 넣는 패킹이 어디에 놓이는지 그림 안쪽 접속부 자리에 화살표로 그려 넣었다.
  4. 甲은 지름이 큰 고압 배관 끝에 달린 플랜지의 볼트 열을 하나씩 손가락으로 짚어 세어 보았다. 소구경 저압에 쓰기에는 과한 이음이라는 점을 사진 옆 여백에 연필로 메모해 두었다.

  플랜지 이음은 주로 대구경·고압 배관에 쓰고, 소구경 저압에는 나사 이음이 쓰인다.

• 80

  지름( D )이 3,600 mm이고, 두께( t )와의 비 D/t ≥ 40 을 만족하는 얇은 벽 두께의 구형 압력용기를 설계하려 한다. 이 압력용기 소재의 허용인장응력은 450 MPa이다. 얇은 벽 두께의 구형 용기에 내압 1.5 MPa이 작용할 때, 파손되지 않기 위한 최소 벽 두께[mm]는? (단, 지름은 내부 지름과 외부 지름의 평균값이고, 전단 파손은 고려하지 않는다)

  1. 1. 1
  2. 2. 1.5
  3. 3. 2
  4. 4. 3

  정답 4번

  🔍 보기별 해설

  1. 구형 용기의 응력은 σ=pD/(4t)이므로 t=pD/(4σ)=1.5×3,600/(4×450)=3 mm이다. 1 mm이면 응력이 1,350 MPa로 허용 450을 넘어 옳지 않다.
  2. 1.5 mm이면 응력이 1.5×3,600/(4×1.5)=900 MPa로 허용 450의 두 배이다. 벽이 이보다 두꺼워야 하므로 옳지 않다.
  3. 2 mm이면 응력이 1.5×3,600/(4×2)=675 MPa로 허용 450을 넘는다. 파손을 피하려면 3 mm가 필요하므로 옳지 않다.
  4. 구형 얇은 용기의 응력은 σ=pD/(4t)이다. t=pD/(4σ)=1.5×3,600/(4×450)=3 mm이므로 옳다(정답).

  🧮 풀이

  1. 甲은 벽 두께 1 mm를 구형 용기 응력식에 넣어 1,350 MPa가 나오는 것을 계산했다. 허용 450의 세 배라 쓸 수 없다는 점을 계산 표 오른쪽 끝 칸에 붉은 글씨로 표시했다.
  2. 甲은 벽 두께를 1.5 mm로 놓고 계산한 응력 900 MPa를 허용 450과 견주어 보았다. 정확히 두 배라 벽이 너무 얇다는 점을 계산지 옆에 옮겨 놓고 붉은 밑줄을 그었다.
  3. 甲은 벽 두께 2 mm일 때의 응력 675 MPa를 손에 쥔 계산기로 구해 보았다. 여전히 허용 450을 넘어 더 두꺼워야 한다는 점을 계산 표 오른쪽 빈칸에 짚어 넣고 밑줄을 그었다.
  4. 甲은 허용응력 450으로 구형 용기 식을 t에 대해 풀어서 필요한 두께 3 mm를 얻었다. D/t=1,200으로 얇은 벽 조건을 만족하는지 살핀 뒤 그 값을 문제지 답란에 적었다.

  구형 용기의 σ=pD/(4t)에서 t=pD/(4σ)=1.5×3,600/(4×450)=3 mm이다.

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• 81

  나사의 풀림 방지나 부품을 고정시키기 위해 사용하는 핀으로, 구멍에 삽입한 후 끝을 굽혀 고정하는 핀은?

  1. 1. 분할핀
  2. 2. 평행핀
  3. 3. 스프링핀
  4. 4. 테이퍼핀

  정답 1번

  🔍 보기별 해설

  1. 분할핀은 구멍에 끼운 뒤 갈라진 끝을 벌려 굽혀 고정하는 핀이다. 나사 풀림 방지나 부품 고정에 쓰이는 설명과 같으므로 옳다(정답).
  2. 평행핀은 지름이 일정한 원통형 핀으로 부품의 위치를 맞추거나 힘을 전달하는 데 쓴다. 끝을 굽혀 고정하는 핀이 아니므로 옳지 않다.
  3. 스프링핀은 판을 말아 만든 핀이 구멍 안에서 탄성으로 벌어져 스스로 고정된다. 끝을 굽혀 고정하는 방식이 아니므로 옳지 않다.
  4. 테이퍼핀은 1/50 정도의 기울기를 가진 원뿔형 핀으로 구멍에 두드려 박아 고정한다. 끝을 굽혀 고정하는 핀이 아니므로 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 볼트 끝에 뚫린 구멍에 U자로 접힌 철사 모양의 핀을 끼우고 튀어나온 양쪽 끝을 펜치로 벌려 굽혀 보았다. 핀이 빠지지 않아 너트가 돌아가지 않는 것을 손으로 돌려 확인하고 정비 노트에 기록했다.
  2. 甲은 두 부품이 맞닿는 자리에 지름이 일정한 원통 모양의 핀을 끼워 위치를 맞춰 보았다. 끝을 굽히지 않아도 마찰만으로 붙들리는 것을 손으로 당겨 살핀 뒤 그 내용을 도면 옆에 적었다.
  3. 甲은 얇은 강판을 둥글게 말아 세로로 틈이 난 핀을 조립 구멍에 손가락으로 눌러 넣어 보았다. 핀이 오므라들었다 벌어지며 구멍 벽에 스스로 물려 고정되는 것을 만져 보고 비교표에 표시했다.
  4. 甲은 한쪽 끝이 가늘어지는 원뿔형 핀을 리머로 다듬어 둔 구멍에 망치로 두드려 박아 보았다. 박을수록 구멍 벽에 단단히 조여져 빠지지 않는 것을 손끝으로 느끼고 작업 일지에 옮겨 적었다.

  구멍에 끼운 뒤 끝을 벌려 굽혀 고정하는 핀은 분할핀이다.

• 82

  볼나사에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 1. 공작기계의 이송나사로 사용된다.
  2. 2. 고속으로 동작할 시 소음이 없다.
  3. 3. 예압을 통해 백래시(backlash)를 줄일 수 있다.
  4. 4. 볼은 수나사와 암나사(너트) 사이의 홈을 따라 순환한다.

  정답 2번

  🔍 보기별 해설

  1. 볼나사는 마찰이 작고 정밀하게 움직여 공작기계의 이송 테이블을 옮기는 이송나사로 널리 쓰인다. 쓰임새를 옳게 말한 설명이므로 맞다.
  2. 볼나사는 볼이 홈을 따라 돌며 순환할 때 부딪히는 소리가 나서 고속에서는 소음이 생긴다. 고속에서도 소음이 없다는 설명은 틀렸으므로 옳지 않다(정답).
  3. 볼나사는 너트 사이에 예압을 걸어 축방향 틈을 없애 백래시를 줄일 수 있다. 볼나사의 특징을 옳게 말한 설명이므로 맞다.
  4. 볼나사의 볼은 수나사와 너트가 함께 만드는 나선 홈을 따라 굴러 돌며 순환한다. 작동 원리를 옳게 말한 설명이므로 맞다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 공작기계 이송 테이블 아래에 들어간 볼나사가 테이블을 한 칸씩 정밀하게 밀어 주는 모습을 공장 견학에서 지켜보았다. 이송나사로 쓰인다는 안내판의 설명을 읽고 수첩에 베껴 두었다.
  2. 甲은 볼나사를 고속으로 돌려 보며 스탠드에 세워 둔 소음계의 눈금을 읽었다. 볼이 홈을 따라 순환하며 내는 소리 때문에 눈금이 계속 오르는 것을 보고 측정값을 시간순으로 표에 적었다.
  3. 甲은 볼나사 너트 두 개 사이에 끼워 둔 예압 스페이서를 손에 쥐고 두께와 모양을 살펴보았다. 나사와 볼 사이의 축방향 틈이 사라져 백래시가 작아진다는 설명을 노트에 정리했다.
  4. 甲은 볼나사 너트를 분해해 수나사와 암나사 사이 나선 홈 속에서 굴러가는 볼과 회수 통로를 그려 보았다. 볼이 한 바퀴 돌면 통로로 되돌아오는 순환 구조라는 점을 그림 여백에 적었다.

  볼나사는 볼이 순환하며 부딪혀 고속에서 소음이 생기므로 소음이 없다는 설명이 틀렸다.

• 83

  용접부의 이음효율을 나타낸 것으로 옳은 것은?

  1. 1. 용접계수 × 형상계수
  2. 2. 용접계수 ÷ 형상계수
  3. 3. 모재의 강도 × 용접부의 강도
  4. 4. 모재의 강도 ÷ 용접부의 강도

  정답 1번

  🔍 보기별 해설

  1. 용접부의 이음효율은 용접의 품질을 나타내는 용접계수와 용접 모양에 따른 형상계수를 곱해 구한다. 두 계수를 곱한 것이므로 옳다(정답).
  2. 용접계수를 형상계수로 나누면 이음효율이 형상에 반비례하게 되어 실제 정의와 다르다. 두 계수는 곱해야 하므로 옳지 않다.
  3. 모재의 강도와 용접부의 강도를 곱하면 강도의 제곱 단위가 되어 효율이라는 무차원 값이 될 수 없다. 이음효율의 식이 아니므로 옳지 않다.
  4. 모재의 강도를 용접부의 강도로 나눈 값은 일반 정의의 역수라 효율이 1을 넘게 된다. 이음효율의 식이 아니므로 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 용접 검사표에서 용접계수 0.9와 형상계수 0.8을 읽어 계산기로 곱해 이음효율 0.72를 구했다. 두 계수를 곱하는 식이라는 점을 확인하고 표 아래 빈칸에 써 넣었다.
  2. 甲은 같은 검사표에 나온 두 값 0.9와 0.8을 계산기로 나누어 0.9÷0.8=1.125라는 값을 얻었다. 효율이 1을 넘어 버려 나눗셈은 이음효율이 될 수 없다는 점을 표에 붉게 표시했다.
  3. 甲은 모재 강도 400과 용접부 강도 300을 계산기로 곱해 12만이라는 큰 수를 얻었다. 단위가 강도의 제곱이 되어 효율이 될 수 없다는 점을 알아보고 계산지에서 줄을 그어 지웠다.
  4. 甲은 모재 강도 400을 용접부 강도 300으로 나누어 1.33이라는 값을 얻었다. 효율이 1보다 커져 이음효율의 역수처럼 보인다는 점을 계산식 바로 옆에 연필로 짧게 메모했다.

  용접부의 이음효율은 용접계수와 형상계수를 곱해 구한다.

• 84

  미끄럼 베어링의 재료에 요구되는 조건으로 옳지 않은 것은?

  1. 1. 피로에 대한 충분한 강도
  2. 2. 하중에 대한 충분한 강도
  3. 3. 눌어붙기 위한 낮은 내열성
  4. 4. 마찰열을 소산시키기 위한 높은 열전도율

  정답 3번

  🔍 보기별 해설

  1. 미끄럼베어링 재료는 반복 하중을 오래 받으므로 피로에 대한 충분한 강도를 가져야 한다. 요구 조건을 옳게 말한 것이므로 맞다.
  2. 미끄럼베어링 재료는 축이 누르는 하중을 견뎌 낼 수 있도록 충분한 강도를 가져야 한다. 요구 조건을 옳게 말한 것이므로 맞다.
  3. 눌어붙음은 마찰열이 높을 때 축과 베어링이 녹아 붙는 현상이라 내열성이 높아야 이를 막는다. 눌어붙기 위한 낮은 내열성이라는 설명은 틀렸으므로 옳지 않다(정답).
  4. 마찰열이 쌓이면 온도가 올라 윤활이 나빠지므로 열전도율이 높아 열을 빨리 내보내야 한다. 요구 조건을 옳게 말한 것이므로 맞다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 반복 하중을 받는 베어링 합금들의 피로 시험 결과를 한 장의 표로 만들어 견주었다. 피로 강도가 높은 합금일수록 더 오래 쓰인다는 점을 표 여백에 형광펜으로 짚어 써 넣었다.
  2. 甲은 축이 누르는 하중을 견디는 베어링 재료의 압축 강도 값을 재료 편람의 표에서 찾아 읽었다. 하중에 대한 충분한 강도가 요구되는 조건이라는 점을 수첩에 옮겨 적어 두었다.
  3. 甲은 눌어붙어 긁힌 베어링 표면 사진과 내열성이 낮은 재료의 사양서를 책상에 나란히 놓고 견주어 보았다. 내열성이 높아야 눌어붙지 않는다는 점을 짚어 사진 아래 캡션 칸에 표시했다.
  4. 甲은 열전도율이 서로 다른 두 베어링 재료의 온도 상승 그래프를 한 좌표에 겹쳐 그려 보았다. 열전도율이 높은 쪽 곡선이 더 낮게 머무는 것을 확인하고 그래프 옆에 달아 두었다.

  눌어붙음을 막으려면 베어링 재료의 내열성이 높아야 하므로 낮은 내열성이 요구된다는 설명이 틀렸다.

• 85

  그림과 같이 리벳의 지름( d )이 20 mm이고, 부재에 작용하는 하중( P )이 100 π kgf일 때, 리벳의 단면에서 발생하는 전단응력[MPa]은? (단, 부재 사이의 마찰은 무시하고, 중력 가속도는 9.8 m/s2이다)

  1. 1. 0.25
  2. 2. 0.98
  3. 3. 2.50
  4. 4. 9.80

  정답 4번

  🔍 보기별 해설

  1. 0.25 MPa이면 리벳 단면에 걸린 힘이 25π N이어야 한다. 실제 하중은 100π×9.8=980π N이므로 옳지 않다.
  2. 0.98 MPa이면 힘이 98π N이어야 하는데 실제는 980π N이라 열 배 차이가 난다. 단위 환산을 잘못한 값이므로 옳지 않다.
  3. 2.50 MPa이면 단면에 걸린 힘이 250π N이어야 한다. 실제 하중은 100π×9.8=980π N이므로 옳지 않다.
  4. 리벳은 한 면에 전단을 받는 단전단이라 τ=P/(πd²/4)이다. 100π×9.8 N을 100π mm²로 나누면 9.8 MPa이므로 옳다(정답).

  🧮 풀이

  1. 甲은 리벳 지름 20 mm로 단면적을 100π mm²로 구한 뒤 0.25 MPa가 되려면 힘이 25π N이어야 한다는 것을 거꾸로 셈했다. 실제 하중과 크게 다르다는 점을 계산지 옆에 적어 두었다.
  2. 甲은 kgf를 N으로 바꾸는 자리에서 9.8을 0.98로 잘못 곱해 0.98이 나온 풀이를 다시 훑어보았다. 실제 값과 열 배 차이가 나는 것을 짚고 단위 환산 줄을 다시 고쳐 썼다.
  3. 甲은 전단응력이 2.5 MPa일 때 리벳에 걸리는 힘이 250π N이 되어야 한다고 거꾸로 셈해 실제 하중 980π N과 견주었다. 값이 훨씬 작다는 점을 계산지 옆에 붉게 표시했다.
  4. 甲은 하중 100π kgf에 9.8을 곱해 980π N을 만든 뒤 리벳 단면적 100π mm²로 나누었다. 그렇게 나온 9.8 MPa라는 값을 계산지 맨 아래 답란에 옮겨 적었다.

  리벳 단면적은 100π mm²이고 하중 100π kgf=980π N이라 전단응력은 9.8 MPa이다.

• 86

  원통 마찰차에서 지름이 500 mm인 원동차가 350 rpm으로 회전할 때, 종동차의 회전속도가 250 rpm이라면 종동차의 지름[mm]은? (단, 마찰차 사이에서 미끄럼과 회전속도비 손실은 없다)

  1. 1. 175
  2. 2. 250
  3. 3. 600
  4. 4. 700

  정답 4번

  🔍 보기별 해설

  1. 속도비 350/250=1.4이므로 종동차 지름은 500×1.4=700 mm이다. 175는 종동차가 원동차보다 훨씬 작다는 뜻인데 종동차가 더 느리게 도는 조건과 맞지 않아 옳지 않다.
  2. 250은 회전속도 250을 지름 값으로 옮겨 적은 수이다. 종동차가 더 느리게 도는 만큼 지름은 500보다 커야 하므로 옳지 않다.
  3. 600은 지름비를 1.2쯤으로 어림해서 얻은 값이다. 정확한 회전속도비는 350/250=1.4이므로 700이 맞아 옳지 않다.
  4. 미끄럼이 없으면 두 마찰차의 접촉 표면 속도가 같아 D1×N1=D2×N2이다. D2=500×350/250=700 mm이므로 옳다(정답).

  🧮 풀이

  1. 甲은 회전속도 350의 절반에 가까운 175를 종동차 지름 칸에 적어 보았다. 원동차 지름 500보다 훨씬 작은 수라 종동차가 커야 할 자리와 어긋난 것을 표에 적어 두었다.
  2. 甲은 종동차의 회전속도 250을 지름 칸에 그대로 옮겨 적은 계산지를 발견했다. 원동차 지름 500보다 커야 하는 자리에 더 작은 수가 들어간 것을 짚고 그 줄에 가위표를 쳤다.
  3. 甲은 회전속도의 비를 1.2 정도로 어림해 종동차 지름을 600으로 적어 보았다. 350과 250의 비가 1.4라는 것을 계산기로 다시 나누어 확인하고 답 칸의 값을 고쳤다.
  4. 甲은 원동차 지름 500에 회전속도 350을 곱한 뒤 종동차 회전속도 250으로 나누었다. 그렇게 얻은 700 mm라는 값을 계산지의 답란에 큼직하게 옮겨 적고 밑줄을 그었다.

  미끄럼이 없으면 D1·N1=D2·N2이므로 D2=500×350/250=700 mm이다.

• 87

  안지름 40 mm, 바깥지름 80 mm인 단판 클러치에 1,000 N의 축방향 힘을 가할 때, 전달 가능한 최대 토크[Nㆍm]는? (단, 접촉면은 균일마모조건이고, 마찰계수는 0.3이다)

  1. 1. 9
  2. 2. 18
  3. 3. 27
  4. 4. 36

  정답 1번

  🔍 보기별 해설

  1. 균일마모 조건의 단판 클러치는 평균반지름 (40+80)/4=30 mm를 쓰고 T=μP×30이다. 0.3×1,000×30=9,000 N·mm=9 N·m이므로 옳다(정답).
  2. 18 N·m은 평균반지름을 60 mm로 잡았을 때의 값이다. 바깥반지름 40 mm보다 큰 반지름은 있을 수 없으므로 옳지 않다.
  3. 27 N·m은 평균반지름을 90 mm로 잡았을 때의 값이다. 바깥지름 80 mm의 클러치에서 나올 수 없는 큰 값이므로 옳지 않다.
  4. 36 N·m은 평균반지름을 120 mm로 잡은 값으로 지름 80 mm의 클러치에는 맞지 않다. 균일마모 평균반지름은 30 mm이므로 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 안지름 40 mm와 바깥지름 80 mm를 더해 4로 나누어 평균반지름 30 mm를 얻었다. 마찰력 300 N을 곱한 9,000 N·mm를 9 N·m로 단위를 바꿔 답란에 써 넣었다.
  2. 甲은 평균반지름을 60 mm로 잘못 잡아 계산해 18 N·m를 얻은 풀이를 살펴보았다. 바깥반지름 40 mm보다 큰 값이라 있을 수 없다는 점을 알아보고 그 줄에 가위표를 쳤다.
  3. 甲은 평균반지름을 90 mm로 놓고 계산해 27 N·m라는 값을 얻어 보았다. 바깥지름 80 mm짜리 클러치와 도저히 맞지 않는 값이라는 점을 계산지 옆에 연필로 메모해 두었다.
  4. 甲은 평균반지름 120 mm를 식에 넣어 36 N·m를 얻은 풀이를 채점했다. 지름 80 mm짜리 클러치에서 나올 수 없는 크기라 붉은 볼펜으로 답 칸 숫자에 동그라미를 쳤다.

  균일마모 단판 클러치는 평균반지름 (40+80)/4=30 mm이므로 T=0.3×1,000×30=9 N·m이다.

• 88

  전단변형 에너지 이론(distortion energy theory)을 이용하여, 평면응력 상태에서의 von Mises 응력을 주응력( σ_1 , σ_2 )으로 옳게 나타낸 것은?

  1. 1. {σ_1 - σ_2 / 2}
  2. 2. {| σ_1 - σ_2 | / 2}
  3. 3. (σ_1^2 - σ_1 σ_2 + σ_2^2)^(1/2)
  4. 4. ({σ_1^2 - σ_1 σ_2 + σ_2^2 / 2})^(1/2)

  정답 3번

  🔍 보기별 해설

  1. 이 보기는 최대 전단응력을 주응력의 차로 나타낸 (σ1−σ2)/2이다. von Mises 응력은 σ1과 σ2의 제곱을 섞은 꼴이므로 옳지 않다.
  2. |σ1−σ2|/2도 최대 전단응력 이론에서 쓰는 식이다. 전단변형에너지 이론의 von Mises 응력과는 다르므로 옳지 않다.
  3. 전단변형에너지 이론의 평면응력 von Mises 응력은 √(σ1²−σ1σ2+σ2²)이다. 제곱 항과 교차 항이 이 꼴로 나오므로 옳다(정답).
  4. 안쪽 식에 2로 나누는 계수를 더 붙인 꼴로 von Mises 식이 아니다. 나누지 않은 √(σ1²−σ1σ2+σ2²)가 표준이므로 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 σ1=100 MPa와 σ2=40 MPa를 첫째 식에 넣어 30이라는 값을 얻었다. von Mises 값이 아니라 최대 전단응력에 가까운 값이라는 점을 짚어 식 옆에 표시했다.
  2. 甲은 같은 두 값 100과 40을 둘째 식에 넣어 절댓값 30이라는 결과를 얻었다. 부호와 관계없이 쓰는 최대 전단응력의 식이라는 점을 교재 해당 쪽에서 확인하고 표에 정리했다.
  3. 甲은 셋째 식의 제곱근 안에 100과 40의 제곱, 곱을 차례로 넣고 결과 87을 계산기로 읽었다. 앞 식이 내는 값 30과 크게 다르다는 점을 식 오른쪽 여백에 표시해 두었다.
  4. 甲은 넷째 식처럼 σ2² 항까지 2로 나눠 넣고 계산하면 값이 달라지는 것을 계산기로 확인했다. 교재 본문에 나온 표준식에는 그런 계수가 없다는 점을 찾아 밑줄을 그어 두었다.

  평면응력의 von Mises 응력은 √(σ1²−σ1σ2+σ2²)이다.

• 89

  평면응력 상태에 있는 물체의 한 점에서 측정된 응력값이 각각 σ_x ＝ 90 MPa, σ_y ＝ 30 MPa, τ_xy ＝ 40 MPa이다. 최대 주응력 이론(maximum normal stress theory)에 의한 안전계수는? (단, 재료의 기준강도는 인장 극한강도로 330 MPa이다)

  1. 1. 1.5
  2. 2. 2.0
  3. 3. 2.5
  4. 4. 3.0

  정답 4번

  🔍 보기별 해설

  1. 안전계수 1.5이면 최대 주응력이 330/1.5=220 MPa여야 한다. 실제 σ1은 중심 60, 반지름 50에서 110 MPa이므로 옳지 않다.
  2. 안전계수 2.0이려면 최대 주응력이 330/2.0=165 MPa여야 한다. 실제 σ1은 110 MPa이므로 옳지 않다.
  3. 안전계수 2.5이려면 최대 주응력이 330/2.5=132 MPa여야 한다. 실제 σ1은 110 MPa이므로 옳지 않다.
  4. 모어원의 중심 (90+30)/2=60, 반지름 √(30²+40²)=50이라 최대 주응력 σ1=110 MPa이다. 안전계수는 330/110=3.0이므로 옳다(정답).

  🧮 풀이

  1. 甲은 인장 극한강도 330 MPa를 놓고 안전계수 1.5가 되려면 최대 주응력이 220이어야 한다는 것을 거꾸로 셈했다. 실제 110과 두 배 차이가 난다는 점을 계산지 옆에 메모했다.
  2. 甲은 안전계수 2.0을 인장 극한강도 330 MPa에 나누는 계산기 화면을 읽어 165를 얻었다. 실제로 구한 110보다 훨씬 큰 값이라는 점을 계산지 오른쪽 옆에 굵게 표시했다.
  3. 甲은 안전계수 2.5에 해당하는 최대 주응력 132를 330÷2.5로 계산기에 눌러 구해 실제 110과 견주었다. 두 값이 서로 맞지 않는 점을 붉은 펜으로 두 값 사이에 줄을 그어 표시했다.
  4. 甲은 모어원의 중심 60과 반지름 50을 구해 최대 주응력 110을 얻었다. 인장 극한강도 330을 110으로 나눈 3.0이라는 값을 계산지의 답란에 옮겨 써 넣고 적어 두었다.

  주응력은 중심 60, 반지름 50에서 σ1=110 MPa이므로 안전계수는 330/110=3.0이다.

• 90

  동일한 재료를 사용한 동일 길이의 중실축과 중공축이 있다. 중실축의 지름은 d , 중공축의 안지름은 d_1 , 바깥지름은 d_2 이다. 이때 중량비(중공축의 무게/중실축의 무게)가 0.8이고, d_1 /d_2 ＝ 0.6이라면 (d/d_2)^2 은?

  1. 1. 0.64
  2. 2. 0.80
  3. 3. 0.81
  4. 4. 0.90

  정답 2번

  🔍 보기별 해설

  1. 중량비 0.8은 (d2²−d1²)/d²이고 d1=0.6d2이므로 d2²(1−0.36)/d²=0.8이다. (d/d2)²=0.64/0.8=0.8이므로 0.64는 옳지 않다.
  2. 중량비 0.8에서 (d2²−d1²)/d²=0.8이고 d1=0.6d2를 넣으면 0.64d2²/d²=0.8이다. 따라서 (d/d2)²=0.64/0.8=0.80이므로 옳다(정답).
  3. 0.81은 0.9의 제곱 꼴로 보이지만 계산에서 나오는 값이 아니다. (d/d2)²=0.64/0.8=0.80이므로 옳지 않다.
  4. 0.90은 중량비 0.8과 0.64의 관계에서 나오지 않는 값이다. 0.64를 0.8로 나눈 0.80이 맞으므로 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 0.64를 그대로 (d/d2)²의 값으로 적었다가 중량비 0.8로 나누는 단계가 빠진 것을 풀이에서 찾아냈다. 계산지의 빠진 자리에 그 단계를 새로 써 넣고 화살표로 연결했다.
  2. 甲은 안지름 비 0.6을 제곱해 0.36을 얻고 1에서 뺀 0.64를 중량비 0.8로 나누었다. 그렇게 얻은 0.80이라는 값을 계산지의 답란에 옮겨 적고 그 아래에 밑줄을 그었다.
  3. 甲은 0.81이 0.9의 제곱이라는 점에서 출발해 그 값을 중량비 식에 넣어 계산해 보았다. 양변이 같아지는 등식이 성립하지 않는 것을 확인하고 그 줄에 가위표를 쳐 두었다.
  4. 甲은 (d/d2)² 자리에 0.90을 넣어 중량비를 거꾸로 다시 계산해 보았다. 0.64를 0.9로 나눈 0.71이 0.8과 어긋나는 것을 확인하고 두 값을 표에 나란히 적었다.

  중량비 0.8에서 0.64(d2/d)²=0.8이므로 (d/d2)²=0.64/0.8=0.80이다.

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• 91

  회전속도 1,000 rpm으로 50 kW의 동력을 전달하고 있는 축에 작용하는 토크[Nㆍm]는?

  1. 1. {25 / π}
  2. 2. {375 / π}
  3. 3. {750 / π}
  4. 4. {1,500 / π}

  정답 4번

  🔍 보기별 해설

  1. 25/π는 정답 1,500/π의 60분의 1이라 단위 환산이 크게 어긋난 값이다. 동력 50 kW와 1,000 rpm에서 나오는 토크가 아니므로 옳지 않다.
  2. 375/π는 1,500/π의 4분의 1이다. 동력 50 kW와 1,000 rpm에서 나오는 토크보다 작으므로 옳지 않다.
  3. 750/π는 1,500/π의 절반으로 각속도의 2π에서 2를 이중으로 곱한 값이다. 실제 계산으로 나오는 토크가 아니므로 옳지 않다.
  4. 각속도는 2π×1,000/60 rad/s이고 T=P/ω=50,000×60/(2π×1,000)=1,500/π N·m이다. 계산 결과와 같으므로 옳다(정답).

  🧮 풀이

  1. 甲은 25/π라는 값이 나오는 계산 경로를 거슬러 올라가 찾아 보려 했다. 정답에 비해 자릿수가 한참 작아 단위 환산을 잘못한 값일 것이라는 추측을 계산지 오른쪽 여백에 달아 두었다.
  2. 甲은 375/π가 1,500/π의 4분의 1이라는 것을 계산기로 확인해 표로 만들어 비교했다. 50 kW에서 나오는 토크보다 훨씬 작은 값이라는 점을 표 맨 아래 칸에 표시했다.
  3. 甲은 750/π가 정답 1,500/π의 절반인 것을 계산기로 확인해 보았다. 각속도 식에서 2를 한 번 더 곱해 생긴 결과일 것이라는 추측을 계산지 옆에 작은 글씨로 메모했다.
  4. 甲은 50 kW를 50,000 W로 바꾸고 각속도 2π×1,000/60으로 나누어 토크를 구했다. 그 결과인 1,500/π N·m라는 값을 계산지의 답란에 옮겨 적고 동그라미로 표시했다.

  T=P/ω=50,000×60/(2π×1,000)=1,500/π N·m이다.

• 92

  양쪽 기울기( α )가 같은 코터이음에서, 코터와 로드엔드의 접촉부 마찰계수( μ )가 마찰각( ρ )과 대응( μ = tan ρ )한다. 다음 중 사용 중인 코터가 저절로 빠지지 않는 경우는? (단, α 와 ρ 모두 극히 작다)

  1. 1. α < ρ
  2. 2. α > ρ
  3. 3. α > 2 ρ
  4. 4. α > 4 ρ

  정답 1번

  🔍 보기별 해설

  1. 양쪽 기울기가 같은 코터는 코터의 기울기 각 α가 마찰각 ρ보다 작으면 스스로 빠지지 않는 자립 상태이다. 조건 α<ρ와 같으므로 옳다(정답).
  2. α가 ρ보다 크면 코터를 밀어내는 힘이 마찰이 붙잡는 힘을 넘어 저절로 빠지려 한다. 스스로 버티는 자립이 안 되므로 옳지 않다.
  3. α가 2ρ보다 크면 α>ρ인 경우보다도 더 기울어 마찰로 붙잡을 수 없게 된다. 스스로 버티는 자립이 안 되므로 옳지 않다.
  4. α가 4ρ보다 크면 훨씬 급한 기울기라 마찰이 붙잡지 못하고 저절로 빠져나온다. 스스로 버티는 자립이 안 되므로 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 코터 기울기를 마찰각보다 작게 깎아 이음 틈에 박은 뒤 하중을 걸어 보았다. 망치로 두드려 빼기 전까지 저절로 빠지지 않는 것을 지켜보고 실험 일지의 결과 칸에 기록했다.
  2. 甲은 기울기를 마찰각보다 크게 깎은 코터를 시험 지그에 박아 하중을 걸어 보았다. 코터가 조금씩 밀려나오는 것을 눈으로 확인하고 그 장면을 실험 결과표의 빈칸에 그려 넣었다.
  3. 甲은 마찰각의 두 배를 넘는 기울기로 코터를 깎아 시험 지그에 끼우고 하중을 걸었다. 걸리자마자 코터가 밖으로 빠져나오는 것을 지켜보고 실험 결과표에 시간 순서대로 붙여 두었다.
  4. 甲은 마찰각의 네 배가 넘도록 급하게 깎은 코터를 끼운 이음을 살펴보았다. 경사가 너무 급해 하중이 걸리자 튀어나오는 것을 확인하고 표 옆에 튀어나오는 방향을 화살표로 그렸다.

  양쪽 기울기가 같은 코터는 기울기 α가 마찰각 ρ보다 작으면 스스로 빠지지 않는다(자립).

• 93

  100 Nㆍm의 토크를 전달하는 지름 50 mm의 전동축에 폭 10 mm, 길이 50 mm인 평행키가 연결되어 있을 때, 키에 발생하는 전단응력[MPa]은?

  1. 1. 8
  2. 2. 12
  3. 3. 16
  4. 4. 20

  정답 1번

  🔍 보기별 해설

  1. 축의 토크 100 N·m=100,000 N·mm에서 키에 걸리는 힘 F=2T/D=4,000 N이다. 전단응력은 4,000/(10×50)=8 MPa이므로 옳다(정답).
  2. 12 MPa이면 키의 전단면 500 mm²에 걸리는 힘이 6,000 N이어야 한다. 실제 힘은 4,000 N이므로 옳지 않다.
  3. 16 MPa이면 키의 전단면 500 mm²에 걸리는 힘이 8,000 N이어야 한다. 실제 2T/D=4,000 N의 두 배이므로 옳지 않다.
  4. 20 MPa이면 키의 전단면 500 mm²에 걸리는 힘이 10,000 N이어야 한다. 실제 4,000 N보다 훨씬 커서 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 토크 100 N·m를 100,000 N·mm로 바꾸고 축 지름 50 mm의 반경으로 나누어 키에 걸리는 힘 4,000 N을 얻었다. 키 전단면적 500 mm²로 나눈 8 MPa를 답란에 옮겨 적었다.
  2. 甲은 전단응력이 12 MPa가 되려면 단면적 500 mm²인 키에 6,000 N이 걸려야 한다고 거꾸로 셈했다. 실제로 구한 4,000 N보다 큰 값이라는 점을 표에 써 넣었다.
  3. 甲은 전단응력이 16 MPa면 키에 걸리는 힘이 500 mm²를 곱한 8,000 N이라는 것을 계산해 보았다. 실제 4,000 N의 두 배라는 점을 계산지에 밑줄로 표시했다.
  4. 甲은 20 MPa에 해당하는 키의 힘 10,000 N을 전단면적 500 mm²에 곱해 계산했다. 실제 4,000 N의 두 배 반이라는 점을 계산지 여백에 배율을 짧게 달아 두었다.

  키에 걸리는 힘은 2T/D=4,000 N이고 전단응력은 4,000/(10×50)=8 MPa이다.

• 94

  서로 맞물려 회전하는 한 쌍의 평기어에 대해 피니언의 잇수가 30개, 기어의 잇수가 60개, 모듈이 2 mm이고 피니언의 회전속도가 600 rpm일 때, 두 기어의 축간 거리[mm]와 기어의 회전속도[rpm]를 바르게 연결한 것은?

  축간 거리 회전속도

  1. 1. 45 300
  2. 2. 45 600
  3. 3. 90 300
  4. 4. 90 600

  정답 3번

  🔍 보기별 해설

  1. 축간 거리는 m(z1+z2)/2=2×90/2=90 mm이다. 45는 잇수 합을 45로 잘못 잡았거나 절반으로 계산한 값이라 옳지 않다.
  2. 45 mm는 중심거리를 반으로 잘못 계산한 값이고 600 rpm은 피니언과 같은 속도로 기어가 돈다는 뜻이다. 두 값 다 틀려 옳지 않다.
  3. 축간 거리는 2×(30+60)/2=90 mm이고 회전속도는 잇수에 반비례해 600×30/60=300 rpm이다. 두 값이 모두 맞으므로 옳다(정답).
  4. 축간 거리 90 mm는 맞지만 회전속도가 600 rpm이면 기어가 피니언과 같은 속도로 도는 셈이다. 잇수가 두 배이므로 300 rpm이어서 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 두 기어의 잇수 합 90을 반으로 나눠 45로 잘못 두고 모듈 2를 곱해 축간 거리를 계산했다. 축간 거리가 절반이 되어 버리는 오류라는 점을 알아보고 계산지에서 고쳤다.
  2. 甲은 축간 거리 45 mm에 회전속도 600 rpm을 짝지은 보기를 계산 결과와 하나씩 대조해 보았다. 두 값 모두 문제의 조건과 어긋난다는 점을 확인하고 표에 가위표로 표시했다.
  3. 甲은 잇수 합 90에 모듈 2를 곱해 절반으로 나눠 90 mm를 얻었다. 잇수비 1:2에서 기어 속도가 300 rpm이 되는 것을 구해 두 값을 한 줄로 짝지어 답란에 옮겨 적었다.
  4. 甲은 회전속도를 피니언과 같은 600 rpm으로 옮겨 적은 보기를 살펴보았다. 잇수가 두 배인 기어는 절반 속도로 돈다는 점을 확인하고 보기 옆에 붉은 펜으로 가위표를 그렸다.

  축간 거리는 2×(30+60)/2=90 mm이고 기어 회전속도는 600×30/60=300 rpm이다.

• 95

  치직각 모듈이 4 mm, 비틀림각(나선각)이 30 °, 잇수가 90개인 헬리컬 기어의 피치원 지름[mm]은?

  1. 1. 720
  2. 2. 360 √(3)
  3. 3. 360 √(2)
  4. 4. 240 √(3)

  정답 4번

  🔍 보기별 해설

  1. 720은 cosβ 자리에 1/2를 넣었을 때의 값이다. cos30°=√3/2이므로 실제는 720/√3=240√3이어서 옳지 않다.
  2. 360√3은 cos30°를 1/√3로 잘못 쓴 값이다. cos30°=√3/2이므로 d=360×2/√3=240√3이어서 옳지 않다.
  3. 360√2는 cos45°에 해당하는 값이다. 문제의 비틀림각은 30°이므로 cos30°=√3/2를 써야 하고 이 보기는 옳지 않다.
  4. 치직각 모듈을 쓰면 피치원 지름 d=z×m_n/cosβ=90×4/cos30°이다. 360÷(√3/2)=720/√3=240√3이므로 옳다(정답).

  🧮 풀이

  1. 甲은 cosβ 자리에 1/2를 넣어 피치원 지름 720을 얻은 풀이를 살펴보았다. cos30°가 √3/2라는 점을 삼각함수표에서 찾아 읽고 계산지의 그 줄을 새로 고쳐 썼다.
  2. 甲은 cos30°를 1/√3로 잘못 옮겨 적어 피치원 지름 360√3을 얻은 풀이를 살폈다. 삼각함수표에서 √3/2로 확인한 뒤 계산지 옆에 빨간색으로 정정 표시를 붙여 두었다.
  3. 甲은 비틀림각을 45°로 착각해 피치원 지름 360√2를 얻은 풀이를 살펴보았다. 문제에 적힌 각이 30°라는 점을 다시 읽고 그 줄에 붉은 펜으로 큼지막하게 가위표를 쳤다.
  4. 甲은 잇수 90에 치직각 모듈 4를 곱한 360을 cos30°로 나누었다. 분모를 유리화해 정리한 240√3이라는 값을 계산지의 답란에 옮겨 적은 다음 그 값에 동그라미를 쳤다.

  헬리컬 기어의 피치원 지름은 d=zm_n/cosβ=90×4/cos30°=240√3이다.

• 96

  다음 설명에 해당하는 스프링은?

  ○ 원형 평판을 사용하며, 중앙에 구멍이 있고 원추형 모양이다.

  ○ 스프링을 병렬 또는 직렬로 조합하여 강성을 쉽게 조정할 수 있다.

  ○ 프레스의 완충장치, 공작기계 등에 사용된다.

  1. 1. 토션 바
  2. 2. 링 스프링
  3. 3. 접시 스프링
  4. 4. 코일 스프링

  정답 3번

  🔍 보기별 해설

  1. 토션 바는 비틀림을 받는 막대 형태의 스프링이다. 원형 평판이 아니라 막대이므로 원추형 접시 모양이라는 설명과 맞지 않아 옳지 않다.
  2. 링 스프링은 안팎이 경사진 링을 겹쳐 쌓아 마찰로 에너지를 흡수하는 스프링이다. 중앙에 구멍이 있는 원추형 평판이 아니므로 옳지 않다.
  3. 접시 스프링은 중앙에 구멍이 뚫린 원추형 원판이고 병렬이나 직렬로 쌓아 강성을 조정한다. 프레스 완충장치에 쓰이는 설명과 같으므로 옳다(정답).
  4. 코일 스프링은 강선 같은 선재를 나선형으로 촘촘히 감은 스프링이다. 원형 평판으로 만든 원추형 스프링이 아니므로 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 자동차 서스펜션 그림에서 긴 막대가 비틀리며 하중을 받는 부품을 찾아 살펴보았다. 그 이름이 토션 바라는 점을 알아내고 원형 평판 모양이 아니라는 점을 노트에 정리했다.
  2. 甲은 안팎이 경사진 링을 여러 겹 쌓아 올린 스프링의 단면을 공책에 그려 보았다. 링끼리 미끄러지며 생기는 마찰로 에너지를 흡수하는 구조라는 점을 그림 바로 옆 여백에 옮겨 적었다.
  3. 甲은 가운데 구멍이 뚫린 원추형 접시 모양의 스프링을 여러 장 겹쳐 손으로 눌러 보았다. 겹치는 방식에 따라 딱딱함이 달라지는 것을 느끼고 비교표에 겹친 방식을 그림으로 정리했다.
  4. 甲은 철사를 나선형으로 촘촘히 감은 코일 스프링을 손바닥으로 눌러 보았다. 가운데 구멍이 뚫린 원형 평판 모양이 아니라는 점을 확인하고 설명 칸 옆에 작게 가위표로 표시했다.

  중앙에 구멍이 있는 원추형 원판을 병렬·직렬로 쌓아 강성을 조정하는 스프링은 접시 스프링이다.

• 97

  벨트전동장치에서 구동풀리의 지름이 300 mm, 종동풀리의 지름이 600 mm이고, 축간 중심거리가 2 m일 때, 바로(평행)걸기 벨트 길이와 엇(십자)걸기 벨트 길이의 차이[mm]는? (단, 벨트와 풀리 사이에 미끄럼이 없고, 벨트의 두께는 무시한다)

  1. 1. 60
  2. 2. 70
  3. 3. 80
  4. 4. 90

  정답 4번

  🔍 보기별 해설

  1. 바로 걸기와 엇걸기의 길이 차는 D1D2/C로 구한다. 300×600/2,000=90 mm이므로 60 mm라는 값은 옳지 않다.
  2. 70은 두 지름과 축간 거리로 정해지는 값이 아니다. 길이 차는 D1D2/C=300×600/2,000=90 mm이므로 옳지 않다.
  3. 80은 지름의 곱을 축간 거리로 나눈 90 mm보다 작은 값이다. 길이 차는 D1D2/C=90 mm로 정해지므로 옳지 않다.
  4. 바로 걸기 길이와 엇걸기 길이의 차는 (D1+D2)²/4C−(D2−D1)²/4C=D1D2/C이다. 300×600/2,000=90 mm이므로 옳다(정답).

  🧮 풀이

  1. 甲은 두 벨트의 길이를 각각 식에 넣어 차이를 구하다가 60이라는 값을 얻었다. 두 지름의 곱을 축간 거리로 나누면 90이 나온다는 점을 찾아 계산지의 풀이를 아래 줄에 다시 썼다.
  2. 甲은 축간 거리 2,000 mm와 두 지름을 식에 넣어 길이 차이가 70이라고 적어 보았다. 차이의 식 D1D2/C에 넣으면 90이 나온다는 점을 계산지 여백에 옮겨 두었다.
  3. 甲은 길이 차이가 80이라고 어림한 값을 식 D1D2/C에 넣어 다시 검산해 보았다. 정식으로 계산한 90보다 작은 값이라는 점을 확인하고 붉은 펜으로 그 옆에 가위표를 쳤다.
  4. 甲은 엇걸기의 (D1+D2)² 항과 바로걸기의 (D2−D1)² 항을 서로 빼 D1D2/C라는 식을 얻었다. 300×600÷2,000=90이라는 값을 계산지의 답란에 옮겨 적었다.

  바로 걸기와 엇걸기의 벨트 길이 차는 D1·D2/C=300×600/2,000=90 mm이다.

• 98

  길이가 길고 두께가 얇은 원통형 압력용기 안에 내압이 작용할 때, 길이방향의 인장응력( σ_a )에 대한 원주방향의 인장응력( σ_b )의 비( σ_b / σ_a )는?

  1. 1. 0.5
  2. 2. 1
  3. 3. 2
  4. 4. 4

  정답 3번

  🔍 보기별 해설

  1. 원주방향 응력 σ_b=pr/t이고 길이방향 σ_a=pr/(2t)이므로 비는 2이다. 0.5는 그 역수라 원주방향과 길이방향을 뒤바꾼 값이어서 옳지 않다.
  2. 1이면 두 응력이 같다는 뜻인데 얇은 원통 용기에서는 원주방향이 길이방향의 두 배이다. 두 응력이 같아지지 않으므로 옳지 않다.
  3. 얇은 원통 압력용기의 원주방향 응력은 pr/t, 길이방향 응력은 pr/(2t)이다. 비 σ_b/σ_a는 2이므로 옳다(정답).
  4. 비가 4이면 원주방향 응력이 길이방향의 네 배여야 한다. 실제 비는 pr/t와 pr/(2t)의 비인 2이므로 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 원주방향 응력과 길이방향 응력의 비를 거꾸로 세워 0.5라는 값을 얻은 풀이를 살펴보았다. 원주방향이 더 크다는 점을 떠올리고 계산지의 답란에서 그 값을 줄을 그어 지웠다.
  2. 甲은 두 응력이 같다고 가정하고 비를 1로 놓아 실제 압력용기의 식과 견주어 보았다. 얇은 원통 벽에서는 원주방향이 두 배라는 점을 확인해 표에 두 식을 위아래로 나란히 정리했다.
  3. 甲은 원주방향 응력 pr/t를 길이방향 응력 pr/(2t)로 나누어 2라는 값을 얻었다. 얇은 원통에서 원주방향 응력이 길이방향의 두 배라는 점을 답란에 옮겨 적고 밑줄을 그었다.
  4. 甲은 비가 4라고 가정하고 그에 맞는 원주방향 응력을 pr/t의 식에서 거꾸로 계산해 보았다. 실제 값의 두 배가 되어 식과 맞지 않는 점을 계산지 옆에 붉은 펜으로 표시했다.

  얇은 원통 용기의 원주방향 응력 pr/t는 길이방향 응력 pr/(2t)의 2배이다.

• 99

  소선의 지름이 10 mm, 전단탄성계수는 80 GPa, 유효감김수가 10이고 평균지름이 50 mm인 원통형 코일스프링에 작용하는 축방향 하중이 3 kN일 때, 스프링의 처짐량[mm]은? (단, 스프링의 처짐은 소선의 비틀림에 의한 변형만 고려한다)

  1. 1. 0.24
  2. 2. 3.75
  3. 3. 24.0
  4. 4. 37.5

  정답 4번

  🔍 보기별 해설

  1. 코일 스프링 처짐 δ=8PD³n/(Gd⁴)이다. 8×3,000×50³×10/(80,000×10⁴)=37.5 mm이므로 0.24는 단위나 자릿수를 잘못 처리한 값이라 옳지 않다.
  2. 3.75는 37.5의 10분의 1로 자릿수가 한 칸 틀린 값이다. 처짐 식으로 계산하면 37.5 mm이므로 옳지 않다.
  3. 24.0은 37.5보다 작은 값으로 식에 넣어 계산한 결과와 다르다. 8PD³n/(Gd⁴)을 계산하면 37.5 mm이므로 옳지 않다.
  4. δ=8PD³n/(Gd⁴)에 P=3,000 N, D=50 mm, n=10, G=80,000 N/mm², d=10 mm를 넣으면 37.5 mm이다. 단위를 N과 mm로 맞춘 결과이므로 옳다(정답).

  🧮 풀이

  1. 甲은 0.24라는 값이 어떤 단위 환산에서 나오는지 계산 경로를 거꾸로 따져 보았다. 식에서 구한 37.5와 너무 달라 단위를 잘못 쓴 값이라는 생각을 계산지 옆에 메모했다.
  2. 甲은 계산 결과 37.5에서 소수점 자리를 한 칸 옮겨 3.75를 적은 풀이를 살펴보았다. 자릿수를 잘못 옮긴 실수를 알아보고 계산지의 답란에서 그 값을 지우고 바르게 고쳐 썼다.
  3. 甲은 처짐이 24.0이라는 값을 처짐 식에 넣어 필요한 하중을 거꾸로 계산해 보았다. 재료 상수가 맞지 않아 식이 성립하지 않는다는 점을 확인하고 표의 그 칸에 가위표를 그려 넣었다.
  4. 甲은 하중 3,000 N, 평균지름 50 mm, 유효감김수 10, G 80,000 N/mm², 소선지름 10 mm를 식에 넣었다. 계산해서 얻은 37.5 mm를 계산지의 답란에 옮겨 적었다.

  δ=8PD³n/(Gd⁴)에 P=3,000 N, D=50 mm, n=10, G=80,000 N/mm², d=10 mm를 넣으면 37.5 mm이다.

• 100

  안지름이 서로 다른 두 관(pipe) A와 B로 각각 같은 유량의 유체를 수송한다. 안지름이 d 인 관 A에서보다 유체의 평균 속도를 4배 빠르게 하기 위한 관 B의 안지름은? (단, 두 관 모두 안지름에 비하여 길이가 길고 직선이며, 관 내벽에서의 마찰 손실은 무시한다)

  1. 1. {d / 4}
  2. 2. {d / 2}
  3. 3. 2d
  4. 4. 4d

  정답 2번

  🔍 보기별 해설

  1. 유량이 같으면 속도는 단면적에 반비례한다. 속도를 4배로 하려면 단면적이 1/4이 되어야 하고 d/4는 단면적이 1/16이 되는 값이라 옳지 않다.
  2. 연속방정식 Q=Av에서 유량이 같고 속도가 4배면 단면적은 1/4이다. 단면적은 지름의 제곱에 비례하므로 지름은 d/2이므로 옳다(정답).
  3. 지름이 2d이면 단면적이 4배가 되어 속도가 1/4로 느려진다. 속도를 4배 빠르게 하는 조건과 반대이므로 옳지 않다.
  4. 지름이 4d이면 단면적이 16배가 되어 속도가 1/16로 느려진다. 속도를 4배 빠르게 하는 조건과 반대이므로 옳지 않다.

  🧮 풀이

  1. 甲은 관 지름을 d/4로 줄이면 단면적이 16분의 1이 되어 속도가 16배가 되는 것을 계산했다. 속도를 4배로 하라는 조건보다 지나친 값이라는 점을 확인하고 표에 정리해 두었다.
  2. 甲은 유량이 같은 관에서 속도가 4배가 되려면 단면적이 4분의 1이 되어야 한다는 식을 세웠다. 지름은 그 제곱근이라 d/2가 나오는 것을 계산해 답란에 옮겨 적어 두고 밑줄을 그었다.
  3. 甲은 관 지름을 2d로 늘린 경우의 속도를 계산기로 계산했다. 단면적이 4배가 되어 속도가 4분의 1로 줄어 조건과 반대가 되는 점을 계산지 오른쪽 여백에 붉은 색연필로 표시했다.
  4. 甲은 지름이 4d일 때 단면적을 지름의 제곱으로 셈해 16배라는 값을 계산기로 읽었다. 속도가 16분의 1로 줄어 조건과 반대인 결과라는 점을 계산지의 붉은 펜 밑줄로 표시했다.

  유량이 같으면 속도는 단면적에 반비례하므로 속도 4배는 단면적 1/4, 지름 d/2이다.