문 01. 기계재료의 결합 형식 중 양이온화된 금속이온과 음의 자유전자 간의 정전기적 인력에 의한 결합은?
① 이온결합
② 공유결합
③ 금속결합
④ 반데르발스 결합
③
<금속결합, metallic bond>
금속 원자와 금속 원자 간의 결합이다. 자유전자들이 전자구름을 형성하고, 이러한 전자구름과 금속 이온 간의 전기적 인력에 의해 결합이 이루어진다.
<금속결합의 특징>
- 전기전도성, 열전도성이 높다.
- 외부의 힘을 가하면 그 결합이 깨지지 않는다.
→ 밀리거나 미끄러져서 물체의 형태를 바꿀 수 있어, 가공이 쉽다.
<이온결합, ionic bond>
이온 결합은 금속 원자와 비금속 원자가 만나 안정한 상태를 이루는 결합을 이온 결합이라고 한다.
<이온결합의 특징>
- 액체 내에서 전기 전도성이 있다.
- 정전기적인 인력을 통해 결합되어 있다.
- 결합력이 강하기 때문에 그 상태를 바꾸기 어렵다.
→ 녹는점이 낮고, 끓는점이 높다.
<공유결합, covalent bond>
전자를 공유함으로써 결합을 이루는 비금속원자간의 결합이다. 전자를 많이 공유할 수록 결합력이 강하여 결합을 끊기가 어렵다.
<공유결합의 특징>
- 원자간의 결합 중에 가장 강한 결합이다.
- 결합력이 강하기 때문에 그 상태를 바꾸기 어렵다.
→ 녹는점이 낮고, 끓는점이 높다.
- 기계적 강도가 높다.
<반 데르 발스결합, Van der Waals bond>
전기적으로 중성인 분자 간에 작용하는 힘인 반데르발스 힘에 의한 결합이며, 결합 형태 중에서 가장 결합력이 작은 결합이다.
<반데르발스 힘, Van der Waals force>
반데르발스 힘은 유도된 정전 인력이라고 부르기도 하며, 유도 전기 쌍극자에 의해 결합이 형성된다. 외부 힘에 의해 전자의 편향이 일어나고, 이로 인해 쌍극자가 형성된다. 쌍극자는 옆의 무극성 분자를 편극시켜 유발 쌍극자를 형성한다. 이렇게 유발 쌍극자는 쌍극자와 정전기적 인력을 통해 결합한다. 반데르발스 힘에서 중요한 점은 분자 간의 결합은 약하지만, 다른 결합에 비해 약한 힘일 뿐이지, 이러한 분자 간의 힘이 많이 합쳐지면 절대 약한 힘이 아니다. 반데르발스 힘을 통해 재료 설계 시 끓는점, 녹는점, 응집력을 조절할 수 있다.
<수소결합, hydrogen bond>
수소가 전기음성도가 큰 F, O, N 등과 공유결합을 할 때, 분자와 분자 간에 수소 결합이 발생한다. 수소와 전기음성도가 큰 원자가 공유결합을 하면, 전기음성도가 큰 원자들은 공유 전자쌍을 더 자기 쪽으로 가져가려고하고, 상대적으로 전기음성도가 큰 원자 쪽은 부분적으로 음전하가 되고, 수소가 있는 쪽은 부분적으로 양전하가 된다. 즉, 전기 음성도 차이로 인해서 분자가 극성을 띄게 된다. 이렇게 부분적으로 양전하를 띄는 수소는 인접한 분자의 전기음성도가 큰 원자와 상호작용을 할 수 있는데, 이것이 바로 수소결합이다.
문 02. 축방향과 잇줄의 방향이 일치하지 않는 기어로, 이의 물림이 좋고 진동 및 소음이 적으며 스퍼기어에 비해 하중 전달력이 크다는 장점을 지닌 기어는?
① 헬리컬기어
② 베벨기어
③ 내접기어
④ 웜기어
①
<헬리컬 기어, helical gear>
바퀴 주위에 비틀린 이가 절삭되어 있는 원통 기어이며 평기어보다 물림률이 좋기 때문에 회전이 원활하고 조용하다. 감속 장치나 동력의 전달 등에 사용된다.
<헬리컬기어의 특징>
- 헬리컬기어는 평행한 두 축 사이에서 동력을 전달한다.
- 고속운전이 가능하며 축간거리 조절이 가능하고 소음 및 진동이 적다.
- 물림률이 좋아 스퍼기어보다 동력 전달이 좋다.
- 축방향으로 추력이 발생하여 스러스트 베어링을 사용한다.
- 최소잇수가 평기어보다 적으므로 큰 회전비를 얻을 수 있다.
- 기어의 잇줄 각도는 비틀림각에 상관없이 수평선에 30도로 긋는다.
<베벨 기어, bevel gear>
교차되는 두 축 간에 운동을 전달하는 원추형의 기어. 한 쌍의 원뿔 마찰면이 만나는 기어이다.
<베벨 기어의 특징>
- 비교적 운전이 원활하며 전달 토크가 크고 고속운전에 적합하다.
- 소음과 진동이 적다.
- 기어의 접촉면이 커서 동력을 전달하는 데 무리가 없다.
- 기어를 작게 제작 가능하다.
<내접기어, internal gear>
회전방향이 같고 큰 감속비를 가지고 있다.
<내접기어의 특징>
- 내접기어는 기어 배열에서 공간을 효율적으로 사용할 수 있다.
- 부드럽고 조용한 작동을 제공하여 소음과 진동이 적다.
- 고속으로 많은 토크를 전달할 수 있다.
<웜과 웜기어, worm gear>
웜과 웜휠은 큰 감속비를 얻을 수 있고, 벌레라서 효율이 구리다. 비틀림각(리드각)이 크면 역회전이 일어나므로, 비틀림각(리드각)을 줄여야 역회전을 방지할 수 있다.
<웜기어의 특징>
- 작은 용량으로 큰 감속비를 얻을 수 있으며 소음 및 진동이 없다.
- 부하용량이 크다.
- 다른 평기어에 비해 효율이 그다지 좋지 못하다.
- 진입각이 클수록 효율이 좋으며 리드각이 작으면 역전을 방지할 수 있다.
- 교환성이 없으며, 웜과 웜휠에 추력이 발생한다.
- 웜휠은 연삭할 수 없고 웜휠은 공작하려면 특수 공구가 필요하다.
- 웜은 웜휠보다 마모에 강한 재질을 사용한다.
- 보통 웜은 침탄강, 웜휠은 인청동을 사용한다.
문 03. 잇수가 40이고, 모듈이 5인 스퍼기어의 바깥지름(이끝원 지름) [mm]은?
① 180
② 190
③ 200
④ 210
④
<기어의 피치원지름> <기어의 이끝원지름>
$D=mZ$ (비무장지대) $D=m(Z+2)$
<이의 크기> <이 끝 높이> <이 두께>
$h=2.25m$ $h=m$ $t= \frac{m \pi }{2} $
<원주피치> <법선피치>
$p=m \pi $ $p=m \pi cos \alpha $
문 04. 밀링가공 시 밀링커터의 외경이 100mm, 밀링커터의 회전수가 300rpm이라면, 이때 절삭속도[m/min]는? (단, π = 3이다.)
① 90
② 100
③ 120
④ 150
①
<절삭속도>
v = πDN / 1,000 (m/min)
v = 3 x 100 x 300 / 1,000 = 90
문 05. 아래에서 진원도 측정방법을 모두 고른 것은?
ㄱ. 직경법
ㄴ. 삼점법
ㄷ. 반경법
① ㄱ
② ㄱ, ㄷ
③ ㄴ, ㄷ
④ ㄱ, ㄴ, ㄷ
④
<진원도 측정방법>
직경법, 삼점법, 반경법
<최소 영역중심법, MZC>
영어로는 Minimum Zone Circle Method이라하며, 측정 도형을 사이에 두는 2개의 동심원의 반경 차이가 가장 작아지도록 2원의 중심좌표를 측정도형의 중심과 맞출 때의 반경 차이를 진원도로 결정하는 방법
<최소 외접원중심법, MCC>
영어로는 Minimum Circumscribed Circle Method이라하며, 측정 도형에 외접하는 원을 결정하여 그 중심을 측정 도형의 중심에 맞춰 그것과 같은 중심을 가지며 2개 원의 반경 차이를 진원도로 결정하는 방법
<최대 내접원중심법, MIC>
영어로는 Maximum Inscribed Circle Method이라하며, 측정 도형에 3점으로 내접하는 원을 결정하여 그 중심을 측정 도형의 중심에 맞춰 그것과 같은 중심을 가지며 측정 도형에 외접하는 원을 그려 2개의 원의 반경 차이를 진원도로 결정하는 방법
<최소 자승중심법, LSC>
영어로는 Least Square Circle Method이라하며, 진원도를 측정하는 방법 중 측정한 도형을 n등분하여 구한 평균원의 중심을 기준으로 외접원과 내접원의 반경차를 진원도로 결정하는 방법
문 06. 압출가공에서 냉간압출에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?
① 가공경화에 의하여 단단한 제품을 얻을 수 있다.
② 산화가 발생하지 않는다.
③ 열간압출에 비해 가공면이 거칠다.
④ 열간압출에 비해 공구에 가해지는 압력이 크다.
③
<열간가공>
- 열간가공은 재결정을 시키고 가공하는 것
→ 새로운 결정핵이 생성되었다는 것임
→ 결정핵은 크기도 작고 매우 무른 상태이기 때문에 강도가 약함
→ 따라서 연성이 우수하므로 가공이 잘 되는 정도가 크다.
→ 가공이 수월하므로 동력이 적게 들것이고, 가공시간이 빠름
→ 대량생산도 가능해진다.
- 재결정 온도 이상에 계속 노출
→ 새로운 결정은 성장하고, 결정립이 커지는 조대화가 일어난다.
→ 성장하며 배열을 맞춰가니 재질이 균일화된다.
→ 이 말은 곧, 결정립 구조의 방향성이 사라짐
→ 제품의 균일성(표면 거칠기)이 적어지고 등방성 구조를 가지게 됨
→ 높은 온도에서 가공을 하니, 산화가 잘 발생한다.
→ 즉 제품표면에서 산화가 일어나 거칠기가 크다.
- 빵 구울 때 원하는 모양으로 안 구워진다.
→ 열간가공 또한 치수 정밀도가 떨어진다.
문 07. 아래에서 설명하는 특징을 모두 만족하는 용접 공정으로 가장 옳은 것은?
노즐을 통해 중력으로 용접부에 공급되는 과립 용제로 용접 아크를 덮는다.
소모성 용접봉을 사용하며, 용접건의 관을 통해 자동 공급한다.
① 가스방호금속아크용접(GMAW, gas metal arc welding)
② 서브머지드아크용접(SAW, submerged arc welding)
③ 유심용제아크용접(FCAW, flux-cored arc welding)
④ 일렉트로가스용접(EGW, electrogas welding)
②
<가스방호 금속아크 용접, GMAW, gas metal arc welding>
용접부가 밖에서 공급되는 아르곤, 헬륨, 이산화탄소 등의 가스혼합물로 된 불활성가스로 감싸져 보호된다. 또한 액상의 용접부가 산화되는 것을 방지하기 위해, 용접봉 자체에 환원제를 첨가시킨다. 무피복 선재용접봉은 노즐을 통해 용접아크 부분으로 자동공급되어 소모된다. 따라서 이 공정을 이용하면 용접 부위에 슬래그가 적고, 그 결과로 용접 도중에 슬래그를 제거하지 않고도 다층용접을 할 수 있다. GMAW는 1950년대에 개발되었으며, MIG 용접(metal inert-gas welding, 불활성가스 금속용접)이라고도 한다. 이 방식은 각종 철 및 비철금속의 용접에 적합하여, 금속제조업에서 광범위하게 사용된다. 또한 공정이 매우 신속하고 다양하게 적용되며 경제적이어서, 생산성은 SMAW의 두 배에 달한다. 자동화하기 쉽고 로봇을 이용한 유연가공시스템에 쉽게 사용할 수 있는 장점도 있다.
<서브머지드 아크 용접, SAW, submerged arc welding>
모재 표면위에 미리 미세한 입상의 용제를 살포하여 두고 이 용제 속에 용접봉을 꽃아 넣어 용접하는 자동 아크용접법이다. 잠호 용접, 유니언 용접, 멜트용접, 링컨용접법이라고도 부른다.
<서브머지드 용접의 장점>
- 대기중의 산소, 질소 등의 해를 받는 일이 적다.
- 용접속도가 수동용접의 10 ~ 20배가 된다.
- 용접금속의 품질을 양호하게 할 수있다.
- 용제의 단열작용으로 용입을 크게 한다.
- 용접조건을 일정하게 하면 용접공의 기술 차이가 없다.
- 강도가 좋아 이음의 신뢰도가 높다.
- 높은 전류밀도로 용접 할 수 있다.
- 용접 홈의 크기가 작아도 상관 없다.
- 재료소비가 적어 경제적 용접변형이 적다.
<서브머지드 용접의 단점>
- 아크가 보이지 않으므로 용접의 적부를 확인해서 용접할 수 없다.
- 설비비가 많이 든다.
- 용입이 크므로 모재의 재질을 신중히 검사해야 한다.
- 용입선이 짧고 복잡한 형상은 용접기의 조작이 번거롭다.
- 용입이 크기 때문에 요구된 이음 가공의 정도가 엄격하다.
- 용접자세가 아래보기나 수평 필렛에 한정된다.
- 용제는 흡습이 쉽기 때문에 건조나 취급을 잘해야한다.
- 용접시공 조건을 잘못 잡으면 제품의 불량률이 커진다.
<유심 용제 아크용접, FCAW, flux-cored arc welding>
유심용제 아크용접은 GMAW와 유사하나, 용접봉이 관 형상으로 되어 있고 용제가 관 내부에 채워져 있는 것이 다르다. 유심용제 용접봉은 보다 안정된 아크를 발생시키고, 용접 단면형상과 용접 부위의 기계적 성질이 양호하다. 용접봉에 사용되는 용제는 SMAW에서 사용되는 취성 피복재보다 훨씬 유연하여, 유심용제 용접봉은 길게 코일 형태로 사용한다. 용접 소요전력은 대개 20 kW이다. 용접봉의 직경은 0.5 ~ 4.0 mm 정도로, 소경 용접봉은 얇은 재료의 용접에 적절하고, 용접이 어려운 위치에서도 비교적 쉽게 용접하며, 용제의 화학성분을 조절하면 각종 금속을 용접할 수 있다. 보호가스발생식 유심용제 용접봉을 사용하면 용접 부위를 보호하는 가스를 용접봉이 자체적으로 방출하므로, 별도로 보호가스를 공급할 필요가 없다. FCAW는 SMAW의 다양성과 GMAW의 용접봉 자동공급 특성을 합쳐놓은 효과를 갖고 있다. 따라서 용접의 경제성도 우수하고 강, 스테인리스강, 니켈합금의 다양한 접합에 이용된다. FCAW의 강력한 장점은 유심용제에 용접 부위에 필요한 합금원소를 첨가함으로써, 용접 부위의 합금조성을 맞추어 줄 수 있다는 점이다. 이 공정은 자동화가 쉽고 로봇을 이용한 유연가공시스템에도 적용할 수 있다.
<일렉트로 가스 용접, EGW, electrogas welding>
일반적으로 모서리를 맞대어 한 번에 용접하는 맞대기 용접에 주로 쓰이며, 특수장비가 필요한 기계용접법에 해당한다. 용접금속은 접합될 두 부분의 사이에 만들어 놓은 용접공동부(weld cavity)에 용착된다. 용접 부위는 수랭시키고 기계적으로 작동되는 두 개의 구리판을 위로 움직이면서, 용융 슬래그가 용접부로부터 흘러나가지 않도록 막는다. 파이프와 같은 원주형 공작물도 피용접부를 회전시키면서 원주방향 용접이 가능하다. 용접봉(전극)은 안내관을 통해 공급되고, 유심용제 용접봉에는 최고 750A, 일반 용접봉에는 최고 400A의 전류로 연속아크를 유지하며, 소요전력은 대략 20kW이다. 공작물 재질에 따라 이산화탄소, 아르곤, 헬륨 같은 불활성가스를 이용하여 아크를 보호한다. 가스는 외부에서 공급하거나, 유심용제의 경우 자체발생시키고, 이들을 병용하기도 한다. 일렉트로 가스용접 장치는 신뢰성이 있고 사용자를 훈련시키는 것도 비교적 수월하다. 용접 부위 두께는 12~75mm 정도이며 강, 티타늄, 알루미늄합금의 용접에 사용된다. 전형적인 용도는 교량건설, 압력용기, 후육 대구경관, 저장탱크, 선박 등이다.
문 08. 유효 낙차가 7.5m인 수력 터빈에서 0.2$m^3/s$의 유량이 수차로 공급될 때 얻을 수 있는 최대 동력[kW]은? (단, 물의 밀도는 1,000$kg/m^3$ 이고 중력가속도는 9.8$m/s^2$이다.)
① 1.47
② 14.7
③ 2
④ 20
②
<수차에 작용하는 동력>
$L= \gamma QH \eta (kgf·m/s)$
γ = 비중량, Q = 유량, H = 유효낙차, η = 효율
PS는 75, kW는 102로 나누자
<계산과정>
$L (W)=1,000kg/ m^{3} \times 9.8m/s^2 \times 0.2 m^3/s \times 7.5m \times 1=14,700(W)=14.7(kW)$
문 09. 물리량의 차원이 잘못 표시된 것은 (단, M은 질량, L은 길이, T는 시간을 의미한다.)
① 밀도: $ML^{-3} $
② 에너지: $M L^{-1} T^{-1} $
③ 운동량: $M LT^{-1} $
④ 압력: $M L^{-1} T^{-2} $
②
<여러가지 물리량>
동력: $W=J/s=N·m/s=kg·m^2/s^3=M L^{2} T^{-3} $
힘: $N=kg·m/s^2=MLT^{-2} $
밀도: $ \rho =kg/m^3=ML^{-3}$
에너지: $J=N·m=kg·m^2/s=ML^{2}T^{-1} $
운동량: $N·s=kg·m/s=MLT^{-1} $
압력: $Pa = N/m^2=kg/m·s^2=ML^{-1} T^{-2} $
응력: $Pa = N/m^2=kg/m·s^2=ML^{-1} T^{-2} $
문 10. 직경 60cm의 벨트 풀리를 갖는 전동기에서 풀리 외주면의 원주속도가 20m/s일 때 전동기 축의 회전수 [rpm]는?
① $\frac{600}{\pi } $
② $\frac{1,200}{\pi } $
③ $\frac{1,500}{\pi } $
④ $\frac{2,000}{\pi } $
④
<원주속도>
$v= \frac{ \pi DN}{60 \times 1,000} (m/s)$
문 11. 주철에 마그네슘, 세륨, 칼슘 등을 첨가하여 만든 것은?
① 백주철
② 가단주철
③ 구상흑연주철
④ 칠드주철
③
<백주철, white cast iron>
흑연 대신 다량의 시멘타이트(탄화철)를 포함하므로, 매우 단단하고 내마멸성이 있으며 취성이 있다. 백주철의 조직은 회주철을 급랭시키거나, 탄소와 규소의 함유량을 낮게 유지하면서 재료의 조성을 조절하여 얻을 수 있다. 이 조직에는 흑연이 없어서 파단면에 흰 결정면이 보이므로 백철이라고도 불린다. 백주철은 경도와 내마모성이 매우 우수하므로, 마모성 재료를 가공하는 기계류의 라이너, 압연용 롤, 철도차량의 브레이크슈 등 에 이용된다.
<가단주철, malleable cast iron>
800℃ ~ 900℃의 온도범위에서 백주철을 일산화탄소 및 이산화탄소 분위기로 수 시간 풀림처리하여 얻는다. 이 과정에서 세멘타이트는 철과 흑연으로 분리되며, 흑연은 페라이트 또는 펄라이트 기지에 뭉쳐서 존재하고 구상흑연주철과 비슷한 조직을 갖는다. 이 조직은 연성 , 강도, 충격저항이 좋으므로 단련작업을 할 수 있다는 의미로 가단주철이라 불린다. 철도장비 외에 여러 용도로 이용되며, 5자리 숫자로 표시한다. 예를 들어, 35018의 경우, 항복강도는 240 MPa, 50 mm에서 연신율은 18%이다.
<구상흑연주철, spheroidal graphit cast iron>
구상흑연주철은 황(S)성분이 적은 선철(pig iron)을 용해도에서 용해한 후 주형에 주입 전 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca) 등을 첨가하여 흑연을 구상화시킨 주철로, 일명 노듈러주철, 덕타일주철이라고도 한다.
<칠드주철, chilled cast iron>
주조할 때 모래주형에 필요한 부분에만 금형을 이용하여 금형에 접촉된 부분만이 급랭에 의하여 경화되는 주철로서 냉경주철이라고도 한다. 표면은 백주철(시멘타이트 조직)로 마멸과 압축에 견딜 수 있도록 단단하며, 내부는 회주철로 연성을 가지게 하여 강도와 경도를 모두 가지게 한 것으로 전체를 백주철로 한 것보다 충격에 잘 견딜 수 있다. 용도로는 제강용롤, 분쇄기롤, 제지용롤 등에 이용된다.
문 12. 열경화성 수지에 해당하는 것은?
① 스티렌 수지
② 페놀 수지
③ 아크릴 수지
④ 폴리에틸렌 수지
②
<열경화성 수지, thermo setting resin>
에폭시, 페놀, 요소, 실리콘(규소), 멜라민
푸란, 아미노, 알키드, 폴리에스테르
- 아파요그만ㅜ에페요규멜ㅜ
<열가소성 수지, thermo plastic resin>
폴리염화비닐, 불소, 스티롤, 폴리에틸렌, 아크릴, 초산비닐, 메틸아크릴, 폴리아미드, 염화비닐론, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, ABS, 불화탄소, 폴리카보네이트
<폴리우레탄>
열경화성, 열가소성 수지 종류가 2가지이므로 2개 다 해당.. 거품만 경화성
<합성 수지의 특징>
- 전기절연성과 가공성 및 성형성이 우수하다.
- 색상이 매우 자유로우며 가볍고 튼튼하다.
- 화학약품, 유류, 산, 알칼리에 강하지만 열과 충격에 약하다.
→ 열팽창 계수가 크고 내열성이 작다.
→ 화기에 약하고 연소 시에 유해물질의 발생이 많다.
- 무게에 비해 강도가 비교적 높은 편이다.
- 가공성이 높기 때문에 대량생산에 유리하다.
<열경화성 수지, thermo setting resin>
주로 그물모양의 고분자로 이루어진 것으로 가열하면 경화되는 성질을 가지며, 한번 경화 되면 가열해도 연화되지 않는 합성수지이다.
<열경화성의 특징>
- 가열에 따라 가교 결합하거나 고화된다.
- 플래시(flash)를 제거해야 하는 등 후가공이 필요하다.
- 재용융이 불가능하기 때문에 재생품을 사용할 수 없다.
- 높은 온도에서도 사용할 수 있다.
<열가소성 수지, thermo plastic resin>
주로 선모양의 고분자로 이루어진 것으로 가열하면 부드럽게 되어 가소성을 나타내므로 여러 가지 모양으로 성형할 수 있으며, 냉각시키면 성형된 모양이 그대로 유지되면서 굳는다. 다시 열을 가하면 물렁물렁해지며, 계속 높은 온도로 가열하면 유동체가 된다.
<열가소성의 특징>
- 가열에 따라 연화·용융·냉각 후 고화한다.
- 성형 후 마무리 및 후가공이 많이 필요하지 않다.
- 재생품의 재용융이 가능하다.
- 제한된 온도에서 사용해야 한다.
문 13. 하나의 기계 부재에 2개의 힘만이 작용할 경우 정적 평형을 이루기 위한 필요조건을 아래에서 모두 고른 것은?
(가) 2개의 힘의 크기는 같다.
(나) 2개의 힘의 방향은 반대이다.
(다) 2개의 힘은 동일선상에 있다.
(라) 2개의 힘의 작용점은 다르다.
① (가), (나), (다)
② (가), (나), (라)
③ (가), (다), (라)
④ (나), (다), (라)
①
<정적평형을 이루기 위한 필요조건>
- 2개의 힘의 크기는 같다.
- 2개의 힘의 방향은 반대이다.
- 2개의 힘은 동일선상에 있다.
- 2개의 힘의 작용점은 같다.
문 14. 초기응력이 없는 선형 탄성 재료로 이루어진 균일단면 중실축의 양쪽 끝을 구속하고 가열하면 열변형이 억제되면서 축하중(압축력)과 함께 중실축의 내부에 응력이 생기게 된다. 이때 축하중에 영향을 주는 인자가 아닌 것은?
① 중실축의 종탄성계수
② 중실축의 단면적
③ 중실축의 길이
④ 중실축의 열팽창계수
③
<열응력> <신축량>
$ \sigma _{th} = \triangle TE \alpha $ $\lambda =L \alpha \triangle T$
열응력은 티 신축량은 랏
합쳐서 티랏
문 15. 다음의 나사호칭으로 가장 옳은 것은?
M8 × 0.75
① 미터 가는 나사, 호칭지름 8mm, 피치 0.75mm
② 미터 보통 나사, 호칭지름 8mm, 공차 0.75mm
③ 유니파이 보통 나사, 호칭지름 8mm, 공차 0.75mm
④ 미터 사다리꼴 나사, 호칭지름 8mm, 피치 0.75mm
①
<M8 × 0.75>
나사줄수 1줄, 미터 가는 나사, 외경(호칭지름) 8[mm], 피치 0.75[mm]
문 16. 기하공차에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?
① 경사도는 기준 직선 또는 평면에 대해 정확한 각도를 이루고 있는 이상적 직선 또는 평면으로부터 다른 직선 혹은 평면 부분의 어긋남의 크기다.
② 원통도는 원통 부분의 이상적 원통면으로부터 어긋남의 크기다.
③ 진직도는 직선 부분의 이상적 직선으로부터 어긋남의 크기다.
④ 평면도는 기준 직선 또는 기준 평면에 대해 평행을 이루고 있는 이상적 직선 혹은 평면으로부터 다른 직선 혹은 평면 부분의 어긋남의 크기다.
④
<경사도, angularity>
기준 직선 또는 평면에 대해 정확한 각도를 이루고 있는 이상적 직선 또는 평면으로부터 다른 직선 혹은 평면 부분의 어긋남의 크기다.
<원통도, cylindricity>
원통 부분의 이상적 원통면으로부터 어긋남의 크기다.
<진직도, straightness>
직선 부분의 이상적 직선으로부터 어긋남의 크기다.
<평행도, parallelism>
기준 직선 또는 기준 평면에 대해 평행을 이루고 있는 이상적 직선 혹은 평면으로부터 다른 직선 혹은 평면부분의 어긋남의 크기다.
<평면도, flatness>
평면형체가 기하학적으로 정확한 평면으로부터의 어긋남의 크기이다.
문 17. 공구날 끝의 일부가 충격에 의하여 떨어져 나가는 것으로, 순간적으로 발생하는 공구마멸은?
① 크레이터 마모(crater wear)
② 치핑 (chipping)
③ 플랭크 마모(flank wear)
④ 응착 마모(adhesive wear)
②
<크레이터 마모, crater wear>
절삭공구로 절삭을 할 때, 발생한 칩과 공구의 윗면의 충돌마찰로 공구의 윗면경사각이 오목하게 파이는 현상으로 공구의 온도가 최대가 되는 영역에서 발생한다. 경사면 위의 마찰계수를 감소시켜서 방지한다.
<치핑, chipping>
공구 결손이라고도 하며 공구날 끝의 일부가 충격에 의하여 떨어져 나가는 것으로서 절삭공구 끝이 절삭저항에 견디지 못해 떨어지는 현상으로 주로 인성이 낮은 경우 잘 발생된다. 순간적으로 발생한다. 밀링이나 평삭 등과 같이 절삭날이 충격을 받거나 초경합금공구와 같이 충격에 약한 공구를 사용하는 경우에 많이 발생한다.
<플랭크 마모, Flank wear>
공구와 새롭게 절삭된 공작물 표면의 접촉으로 인하여 형성되며 플랭크면(여유면)이 절삭면에 평행하게 마멸되는 현상이다. 공작물과 공구측면 사이에서의 마찰로 인하여 발생되는 마모이다.
<응착마멸, adhesive wear>
응착결합부에 수평력(마찰력)이 작용하면, 원래 접촉면 혹은 이보다 위나 아래쪽을 따라 전단파단이 일어나서 재료의 일부가 떨어져 나가는 현상을 응착마멸이라고 한다. 이때 파단경로는 접착부의 응착강도와 두 접촉물체 중 약한 재질의 결합강도(cohesive strength)에 따라 결정된다. 응착강도는 돌출부 접촉 부위의 변형경화, 확산, 상호 고체용해도 같은 요인들에 의해 모재의 강도보다 클 경우가 많다. 따라서 파단은 주로 연한 재질 측에서 일어난다. 마멸파편은 한동안 경한 재질 측에 붙어있다가 계속되는 미끄럼 작용에 의해 궁극적으로 분리되어 마멸입자로 된다. 따라서 응착마멸을 미끄럼 마멸이라고도 한다. 과대한 하중이 작용하거나 접착부의 결합강도가 매우 강한 경우, 즉 보다 극심한 조건 하에서는 응착마멸로 인해 스커핑(scuffing, 마찰열로 한 표면이 다른 표면에 용착되면서 떨어져나가는 현상), 스미어링(smearing, 떨어져 나온 마멸입자가 다시 한쪽 혹은 양쪽 표면에 달라붙는 현상), 찢김(tearing), 골링(galling, 한 표면의 일부가 다른 표면에 붙어 벗겨지는 현상), 시저(seizure, 녹아 붙음) 같은 격렬한 마멸(severe wear) 현상이 생긴다.
<응착마멸을 감소시키는 방법>
- 응착결합이 강해지지 않도록 재료 중 하나를 경한 재료 선택
- 얇은 산화층을 형성하는 재료 사용
- 경도가 높은 피복
- 윤활
문 18. 드릴링 머신으로 할 수 있는 작업과 설명이 가장 옳지 않은 것은?
① 드릴링(drilling) - 구멍을 뚫는 작업이다.
② 태핑(tapping) - 구멍에 암나사를 가공하는 작업이다.
③ 보링(boring) - 주조된 구멍이나 이미 뚫어놓은 구멍을 필요한 크기나 정밀한 치수로 넓히는 작업이다.
④ 스폿 페이싱(spot facing) - 접시 머리 나사의 머리부를 묻히게 하기 위해 원뿔 자리를 만드는 작업이다.
④
<드릴링, drilling>
구멍을 뚫는 작업. 구멍의 치수정확도와 표면정도를 향상시키려면 보링작업이나 태핑작업을 추가함
<태핑, tapping>
탭(tap)을 사용하여 암나사를 가공하는 자유단조 작업이다. (1번탭 55%, 2번탭 25%, 3번탭 20%)
<보링, boring>
드릴로 이미 뚫어져 있는 구멍을 넓히는 공정으로 편심을 교정하기 위한 가공이며, 구멍을 축방향으로 대칭을 만드는 가공이다.
<스폿 페이싱, spot facing>
볼트나 너트 등 머리가 닿는 부분의 자리를 만들기 위하여 닿는 부분을 깎아서 자리를 만드는 작업이다.
<카운터 싱킹, counter sinking>
접시형 구멍을 가공하는 것으로서, 앞 공정에서 뚫어 놓은 구멍 주위를 경사지게 가공하여 접시 모양으로 만드는 것이다.
문 19. 300K의 저열원과 800K의 고열원 사이에서 작동하는 카르노 열기관의 효율[%]은?
① 14.1
② 37.5
③ 39.1
④ 62.5
④
<카르노 사이클의 효율>
$\eta =1- \frac{T_L}{T_H}= \frac{W}{Q} $
<계산과정>
$\eta =1- \frac{300}{800} = \frac{5}{8} =0.625$
문 20. <보기>의 아파트 높이 h를 알기 위해 아파트 옥상에 올라가 물체를 초기속도 없이 연직 아래로 자유낙하 시켰더니 4초 후 바닥에 떨어졌다면 아파트의 높이 h[m]는?(단, 공기의 저항은 무시하고, 중력가속도는 9.8m/s²이다.)
① 9.8
② 19.6
③ 39.2
④ 78.4
④
<자유낙하 운동>
$h= h_0+\frac{1}{2} gt^2$
<계산과정>
$h=0+ \frac{1}{2} \times 9.8 \times 16$
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