문 01. 축은 절삭하지 않고 보스(boss)에만 홈을 파서 마찰력으로 고정시키는 키(key)로서, 축의 임의 부분에 설치가 가능한 키는?
① 묻힘 키(sunk key)
② 평 키(flat key)
③ 반달 키(woodruff key)
④ 안장 키(saddle key)
④
<성크키, sunk key>
축과 보스의 양쪽에 홈을 파서 키를 때려 박은 것으로 가장 널리 사용되는 키이다.
<평키, flat key>
납작키라고도 하며, 납작한 장방형 단면의 키이다. 보스에만 홈을 파고, 키폭만큼 닿는 부분을 평평하게 절삭하며, 이곳에 키를 때려 박아 사용되며 하중이 많이 걸리지 않는 곳에 사용된다. 회전 방향이 때때로 바뀌는 축에 사용하면 헐거워질 우려가 있다.
<우드러프키, woodruff key>
반달모양의 키로서 축과 보스를 끼워맞출 때 자동적으로 위치가 조정되는 키이다.
<안장키, 새들키, saddle key>
축은 전혀 절삭하지 않고 보스(boss)에만 키홈을 파서 윗면에 1/100의 기울기를 주어 때려 박아 마찰력으로 고정시키는 키(key)로서, 축의 임의 부분에 설치가 가능한 키이다.
문 02. 회전수 4,000rpm에서 최대 토크가 70kgf·m로 계측된 축의 축마력으로 가장 근접한 값은?
① 195.53PS
② 297.23PS
③ 391.06PS
④ 401.23PS
③
<PS 토크식>
$T=716,200 \times \frac{H}{N} (kgf·mm)$
문 03. 그림은 마이크로미터의 측정 눈금을 나타낸 것이다. 측정값은?
① 1.35mm
② 1.85mm
③ 7.35mm
④ 7.80mm
④
문 04. 발전용량이 100MW이고 천연가스를 연료로 사용하는 발전소에서 보일러는 527℃에서 운전되고 응축기에서는 27℃로
폐열을 배출한다. 카르노 효율 개념으로 계산한 보일러의 초당 연료 소비량은? (단, 천연가스의 연소열은 20MJ/kg이다.)
① 8kg/s
② 16kg/s
③ 48kg/s
④ 60kg/s
①
<보일러의 초당 연료 소비량>
$\frac{발전용량(W)}{연소열 \times \eta(J/kg) } $
문 05. 타이어의 외경이 0.6m인 자동차가 36km/h의 속도로 달리고 있다. 다음 중 타이어의 회전 각속도는? (단, 타이어는 강체로 가정한다.)
① 4 rps
② $\frac{100}{3} $ rad/s
③ 120 rad/s
④ 360 rpm
②
<선속도>
$v(m/s)=r \times \omega $
문 06. 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 공구에 진동을 주고, 공작물과 공구 사이에 연마입자를 넣어 공작물을 정밀하게 다듬질하는 가공방법은?
① 초음파가공
② 방전가공
③ 전해연마
④ 숏 피닝(shot peening)
①
<초음파가공, ultra sonic machining>
전기적 에너지를 기계적 진동 에너지로 변환시켜 공구에 진동을 주고, 공작물과 공구 사이에 연마입자를 넣어 공작물을 정밀하게 다듬질하는 가공방법이다. 공작물이 전기의 양도체 또는 부도체 여부에 관계없이 가공할 수 있다.
<숏피닝, shot peening>
숏피닝을 실시하면 공작물의 표면에 압축잔류응력이 존재하게 되어 피로 강도가 향상되는데 이것을 피닝효과라고 한다.
문 07. 다음 중 펌프 내 캐비테이션에 대한 설명 중 옳은 것은?
① 펌프와 흡수면 사이의 거리가 너무 멀 때 발생한다.
② 물속의 어느 부분의 정압이 그 때의 물의 온도에 해당하는 증기압력 이상일 때 부분적으로 증기가 발생하는 현상이다.
③ 펌프에 물이 저속으로 유량이 감소할 때 펌프 입구에서 발생한다.
④ 양정곡선은 저하되나 효율곡선은 상승된다.
①
<캐비테이션, cavitation, 공동 현상>
펌프의 흡입측 배관 내의 물의 정압이 기존의 증기압보다 낮아져서 기포가 발생되는 현상으로, 펌프와 흡수면 사이의 수직거리가 너무 길 때, 관 속을 유동하고 있는 물속의 어느 부분이 고온도일수록 포화증기압에 비례해서 상승할 때 발생한다.
<캐비테이션의 발생>
- 물속 어느 부분의 정압이 그때 물 온도에 해당하는 증기압력 이하일 때
→ 부분적으로 증기가 발생하는 현상이다.
→ 유체의 압력이 국부적으로 매우 낮아질 때 발생한다.
- 펌프에 물이 고속으로 유량이 증가할 때 펌프 입구에서 발생한다.
- 회전하는 프로펠러 끝단 유체의 고속·저압에서 발생한다.
- 캐비테이션수가 임계 캐비테이션수보다 낮을 때 발생한다.
- 유체에 압력파동을 만들어 주면 캐비테이션이 더 일어난다.
- 펌프와 흡수면 사이의 거리가 너무 멀 때
- 흡입양정이 크고, 액체의 온도가 높을 경우
- 날개차의 원주속도가 크고, 날개차의 모양이 적당하지 않을 경우
<캐비테이션의 영향>
- 양정곡선이 저하되며 효율곡선도 하강된다.
- 윤활작용이 감소하고 작동유의 열화가 촉진된다.
→ 소음·진동 발생, 관 부식, 임펠러 손상, 펌프의 성능 저하를 유발한다.
- 기포는 작동유에 비해 압축성이 높으므로 압축성이 증가한다.
→ 유압기기 작동이 불안정하게 된다.
<공동현상의 방지>
- 실양정이 크게 변동해도 토출량이 크게 증가하지 않도록 주의한다.
- 스톱밸브를 지양, 슬루스밸브를 사용하고 펌프의 흡입수두를 작게 한다.
- 유속을 3.5m/s 이하로 유지시키고 펌프의 설치위치를 낮춘다.
- 마찰저항이 작은 흡입관을 사용하여 흡입관 손실을줄인다.
- 펌프의 임펠러속도(회전수)를 작게 한다. 즉, 흡입비교회전도를 낮춘다.
- 펌프의 설치위치를 수원보다 낮게 한다.
- 양흡입펌프를 사용, 즉 펌프의 흡입측을 가압한다.
- 관 내의 물의 정압을 그때의 증기압보다 높게 한다.
- 흡입관의 구경을 크게 하며 배관을 완만하고 짧게 한다.
- 펌프를 2개 이상 설치한다.
- 유압회로에서 기름의 정도는 800ct를 넘지 않아야한다.
- 압축펌프를 사용하고, 회전차를 수중에 완전히 잠기게 한다.
문 08. 다음 중 내연기관의 실린더 내에서 형성되는 압축비를 가장 잘 설명하는 것은?
① 행정체적과 간극체적의 합을 간극체적으로 나눈 값
② 행정체적을 간극체적으로 나눈 값
③ 행정체적과 간극체적의 합을 행정체적으로 나눈 값
④ 간극체적을 행정체적으로 나눈 값
①
<압축비, compression ratio>
내연기관에서 실린더 안으로 들어간 기체가 피스톤에 의해 압축되는 용적의 비율이며 계산식은 '(실린더 용적 + 연소실 용적)/연소실 용적'이다. 압축비가 높을수록 출력이 올라가고 연비가 향상되나, 지나치게 높으면 연소 타이밍이 나빠져 자연연소가 폭발적으로 늘어나면서 '노킹' 현상이 일어난다. 최악의 경우에는 엔진이 망가지기도 한다. 내연기관의 실린더 내에서 형성되는 압축비는 행정체적과 간극체적의 합을 간극체적으로 나눈 값이다. 일반적으로 디젤엔진은 16~23:1, 가솔린엔진은 7~10:1로 한다. 실제로 가솔린엔진의 경우에는 압축비를 12.5 이상으로 올려도 그에 상응하는 출력 상승효과는 얻을 수 없는 것으로 알려져 있다. 특히 일반 차량에는 압축비가 높은 엔진이 드문데, 그것은 노킹 현상을 방지하려면 고옥테인값의 연료가 필요하고 옥테인값이 높은 연료일수록 가격이 비싸기 때문이다. 그러나 근래에 개발된 엔진은 대부분 전자식 연료분사로 노킹 문제를 해결하고 있으므로, 일반용 가솔린도 압축비를 높여 연비를 향상시키는 추세이다. 다만, 터보 차량의 경우에는 흡입하는 공기 자체를 압축하므로 필요 이상으로 압축비를 높일 필요가 없다.
문 09. 균일 분포하중 $w$= 10N/mm가 전 길이에 작용할 때, 길이 50cm인 단순지지보에 생기는 최대 전단력은?
① 0.25kN
② 2.5kN
③ 25kN
④ 250kN
②
문 10. 유리 바깥쪽 온도가 안쪽보다 3℃ 낮을 때, 가로 세로가 각각 1m, 2m이고 두께가 2mm인 유리를 통하여 1초당 바깥쪽으로 손실되는 열량은? (단, 유리의 열전도도는 0.8$W/m·℃$이다.)
① 2,350J
② 2,400J
③ 2,450J
④ 2,500J
②
<손실되는 열량>
$Q= \frac{ \Delta TAk}{t} (J)$
t = 두께, A = 넓이, k = 열전도도
큐는 탁티
문 11. 그림은 지름이 $d_1$ = 50mm와 $d_2$ = 100mm인 실린더 피스톤에 유압이 작용하는 시스템을 나타낸 것이다. 작은 피스톤을 누르는 힘이 $F_1$ = 25kN일 때 큰 피스톤을 밀어 올리는 힘($F_2$)은?
① 100kN
② 200kN
③ 300kN
④ 400kN
①
<파스칼의 원리, Pascal's principle>
밀폐 용기의 유체에 가한 압력은 모든 방향에서 같은 세기로 전달된다.
문 12. 정반 위에 올려놓고 공작물에 평행선을 긋는 데에 사용하거나, 선반 작업 시 공작물의 중심을 맞출 때 사용하는 공구는?
① 디바이더(divider)
② 서피스게이지(surface gauge)
③ 펀치(punch)
④ 스크루 잭(screw jack)
②
<디바이더, divider>
필요한 치수를 자의 눈금에서 따서 제도 용지에 옮기거나 선, 원주 등을 일정한 길이로 등분하는데 사용하는 제도 용구
<펀치, punch>
공구강으로 만들어진 환봉 또는 다각형 봉의 한 끝을 뾰족하게 연마한 금긋기 공구
<스크루 잭, screw jack>
나사원리를 이용하여 무거운 것을 수직으로 들어올리는 기구
<서피스게이지, surface gauge>
금긋기 정반위에 놓고 활동시키면서 공작물에 평행선을 긋는 기구로, 선반작업을 할 때 기준용으로 사용된다.
문 13. 두 열원으로 구성되는 사이클 중에서 열효율이 최대인 카르노 사이클로 작동되는 열기관이 고온체에서 200kJ의 열을 받아들인다. 이 기관의 열효율이 30%라면 방출되는 열량은?
① 30kJ
② 60kJ
③ 70kJ
④ 140kJ
④
<카르노 사이클의 효율>
$\eta = 1-\frac{T_L}{T_H} = \frac{Q_H-Q_L}{Q_H}= \frac{W}{Q_H} $
<계산과정>
$0.3= \frac{200-Q_L}{200}$
문 14. 비철금속인 구리, 아연, 알루미늄, 황동의 특성에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?
① 구리는 열과 전기의 전도율은 좋으나 기계적 강도가 낮다.
② 황동은 구리와 아연의 합금이며 주조와 압연이 용이하다.
③ 아연은 비중이 2.7 정도로 알루미늄보다 가벼우며, 매우 연한 성질을 가지고 있다.
④ 알루미늄은 공기나 물속에서 표면에 얇은 산화피막을 형성할 때 내부식성이 우수하다.
③
알루미늄의 비중은 2.7 정도이며 매우 연한 성질을 가지고 있고, 아연의 비중은 7.2 정도이며 인장강도와 연신율이 낮고 취약하여 상온가공이 불가능하다.
<비철금속, nonferrous metal>
철 이외의 공업용 금속의 총칭으로 크게 나눈다.
<예전부터 쓰이던 것>
구리, 납, 주석, 아연, 금, 백금, 수은과 같은 것
<비교적 새롭게 공업재료가 된 것>
니켈, 알루미늄, 마그네슘, 카드뮴과 같은 것
<최근 새로운 공업발달에 의하여 실용금속이 된 것>
우라늄, 토튬, 플루토늄, 베릴륨, 타이타늄, 지르코늄, 나이오븀, 바나듐, 하프늄, 인듐, 탄탈럼, 몰리브데넘, 텅스텐, 규소, 저마늄, 나트륨, 칼륨, 갈륨
문 15. 가스터빈의 기본 사이클로 옳은 것은?
① 랭킨 사이클(Rankine cycle)
② 오토 사이클(Otto cycle)
③ 브레이튼 사이클(Brayton cycle)
④ 카르노 사이클(Carnot cycle)
③
<랭킨 사이클, rankine cycle>
- 증기원동소의 이상사이클, 화력발전소 기본 사이클
- 2개의 정압과정 + 2개의 단열과정
- 단열팽창이 일어나 팽창일을 만들어내는 곳은 터빈이다.
- 터빈은 열에너지를 기계에너지로 변환한다.
- 보일러 → 터빈 → 복수기 → 펌프
- 정압가열 → 단열팽창 → 정압방열 → 단열압축
- 보터복펌 정단정단 가팽방압
<오토 사이클, otto cycle>
- 가솔린 기관의 이상 사이클
- 2개의 정적과정 + 2개의 단열과정
- 단열압축 → 정적가열 → 단열팽창 → 정적방열
- 단정단정 압가팽방
<카르노 사이클, carnot cycle>
- 가역 이상 열기관 사이클로서 열기관에서 최고의 효율을 갖는 사이클
- 열공급은 등온팽창 과정, 열방출은 등온압축 과정에서 일어난다.
- 2개의 등온변화 + 2개의 단열변화
- 등온팽창 → 단열팽창 → 등온압축 → 단열압축
- 등단등단 팽팽압압
문 16. 유체를 매개로 하여 동력을 전달하는 장치로 유체를 가득 채운 케이싱 내부에 임펠라(impeller)를 서로 마주보게 세워두고 회전력을 전달하는 장치는?
① 축압기
② 체크 밸브
③ 유체 커플링
④ 유압 실린더
③
<축압기, accumulator>
압력저장장치이며 맥동 압력이나 충격 압력을 흡수하여 유압장치를 보호하거나 유압 펌프의 작동 없이 유압장치에 순간적인 유압을 공급하기 위한 것이다.
<체크 밸브, 역지 밸브, check valve>
유체의 흐름을 한 방향으로만 흘러가도록 하는 밸브로서, 유체가 역류하는 것을 방지할 때 주로 사용한다. 대부분 외력을 사용하지 않고 유체 자체의 압력으로 조작한다.
<유압 실린더>
실린더가 유효단면적 및 압력차에 비례하는 직선운동을 하는 액추에이터
문 17. 재료의 조직 경도 크기를 큰 순서대로 나열한 것은?
① 시멘타이트 > 오스테나이트 > 페라이트 > 펄라이트
② 오스테나이트 > 시멘타이트 > 페라이트 > 펄라이트
③ 시멘타이트 > 펄라이트 > 오스테나이트 > 페라이트
④ 펄라이트 > 오스테나이트 > 페라이트 > 시멘타이트
③
<조직의 경도 순서>
시마트베소펄오페
(시멘트붜서팔아파)
<탄소강의 기본조직>
시 펄 페 오 레
<담금질 조직 경도 순서>
(크다)마 트 소 오(작다)
<냉각 방법에 따라 얻어지는 조직>
급랭 마텐자이트
노랭 펄라이트
유랭 트루스타이트
공랭 소르바이트
문 18. 밀링 머신의 상향절삭에 대한 설명 중 옳은 것은?
① 칩이 잘 빠져나오지 않아 절삭에 방해가 된다.
② 커터의 회전방향과 공작물의 이송방향이 같다.
③ 백래시(backlash) 제거장치가 필요하다.
④ 하향절삭에 비해 커터의 수명이 짧고 동력 소비가 크다.
④
커터날의 절삭방향과 공작물의 이송방향이 서로 반대이고 서로 밀고 있으므로 이송기구의 백래시가 자연히 제거된다. 그러므로 백래시 제거장치가 필요없다.
<칩 두께>
상향절삭은 칩의 가장 두꺼운 위치에서 절삭이 끝나고, 하향절삭은 칩의 가장 두꺼운 위치에서 절삭이 시작한다.
문 19. 환봉모양의 구리합금 전극 사이에 모재를 겹쳐 놓고 전극으로 가압하면서 전류를 통할 때 발생하는 저항열로 접촉부위를 국부적으로 가압하여 접합하는 방법으로 자동차, 가전제품 등 얇은 판의 접합에 사용되는 용접법은?
① 맞대기 용접(butt welding)
② 점 용접(spot welding)
③ 심 용접(seam welding)
④ 프로젝션 용접(projection welding)
②
<점 용접, spot welding>
환봉모양의 구리합금 전극 사이에 모재를 겹쳐 놓고 전극으로 가압하면서 전류를 통할 때 발생하는 저항열로 접촉 부위를 국부적으로 가압하여 접합하는 방법. 자동차, 가전제품 등 얇은 판의 접합에 사용되는 용접법을 말한다.
<맞대기 용접, butt welding>
두 판재 혹은 모재가 짧은 면쪽을 서로 평행한 표면이 되도록 마주보고 있는 상태에서 실시하는 용접을 말한다. 맞대기 용접에서는 아크 용접, 일렉트로 슬래그 용접, 전자빔 용접, 저항용접, 가스용접 및 마찰용접 등 각종 용접법이 이용된다.
<심 용접, seam welding>
저항용접의 일종으로 원판상의 전극 사이에 피용접물을 끼우고 가압한 상태에서 전극을 회전시키면서 연속적으로 점 용접을 반복하는 용접법을 말한다. 기본적인 기술은 점용접과 같지만 점용접보다 용접전류는 1.5~2.0배, 전극가압력은 1.2~1.6배 정도 높다. 주로 기밀성이 요구되는 이음부의 저항용접에 사용된다.
<프로젝션 용접, projection welding>
저항용접의 일종으로 돌기용접이라고도 하며 금속부재의 돌기(projection embossing)를 전극으로 가압하고 전류를 이 돌기부에 집중시켜 재료 자체의 저항발열을 일으키고 이 열을 이용하여 용접하는 방법이며 돌기로서는 펀치로 압출하거나 고리모양으로 만들기도하고, 주어진 재료를 특별히 가공하지 않고 재료의 끝 부분을 이용하여 용접하는 경우도 있다.
문 20. 주형틀에 있는 왁스 원형 모델을 유출시켜 만든 주형을 이용한 주조 방법으로, 기계가공이 곤란한 경질합금, 밀링커터 및 가스터빈 블레이드 등을 제작할 때 사용하는 주조법은?
① 다이 캐스팅(die-casting)
② CO₂법(CO₂ process)
③ 셸 몰드법(shell molding)
④ 인베스트먼트법(investment process)
④
<셸 몰드법, shell molding>
금속으로 만든 모형을 가열하고 그 모형 위에 규사와 페놀계 수지를 배합한 가루를 뿌려 경화시켜 주형을 만드는 방법이며 주형은 상하 두 개의 얇은 조개 껍데기 모양의 셸로 만들어지므로 셸몰드 주조법이라 부른다. 사형주조법에 비하여 치수정밀도가 좋으며, 표면이 아름답다. 주로 소형 주조에 유리하고 대형 주조에는 적합하지 않으며 자동화가 가능하여 대량생산이 가능하다.
<인베스트먼트법, investment process>
주형틀에 있는 왁스 원형 모델을 유출시켜 만든 주형을 이용한 주조 방법으로, 제품의 치수정밀도와 표면조도가 우수하며 미세한 부품이나 기계가공이 곤란한 터빈 블레이드, 제트노즐 등 기계가공이 어려운 합금제품 제작에 유리하다.
<다이캐스팅, die-casting>
필요한 주조형상에 완전히 일치하도록 기계가공된 강제의 금형에 용융금속을 주입하여 금형과 똑같은 주물을 얻는 정밀주조법이다.
<CO₂법, CO₂ process>
규사에 점결제(규산소다 3~6% 첨가)를 혼합한 후 사형의 방법으로 조형을 하지만 주형을 들어내기 전에 이산화탄소 가스를 주형에 뿜어서 주형을 경화시키는 방법이다. 코어의 제작에 적합하고, 주물의 표면 및 치수의 정밀도가 비교적 양호하다.
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