2024년 지방직 9급(고졸경채) 기계일반 문제 및 해설

문 01. 다음 설명에 해당하는 합금은?

 

○ 구리(Cu)와 아연(Zn)의 합금으로 구리에 비해 주조성 및 가공성이 우수하다.
○ 아연의 함유량이 5～20 %인 것을 톰백(tombac)이라 한다.

○ 미술 공예품, 동전 등에 사용된다.

① 인바(invar)
② 황동(brass)
③ 청동(bronze)
④ 두랄루민(duralumin)

 

②

<인바, invar>
Fe-Ni 36%의 합금으로서, 상온에 있어서 선팽창계수가 대단히 적고, 내식성이 매우 좋다. 용도로는 줄자, 표준자, 시계의 추, 온도조절용 바이메탈 등의 재료로 쓰인다.

 

<황동, brass>
구리 + 아연의 합금으로, 가장 대표적인 카트리지 브라스(cartridge brass)는 가공용 황동의 대표적인 것으로 70%의 Cu와 30% Zn으로 구성되어 있다. 톰백(tombac)은 Zn 5~20%으로 구성되어 있고, Zn 5 %는 메달이나 동전, 소총의 뇌관 재료로 사용되는 길딩 메탈(gilding metal), Zn 10%는 나사, 금속공구류, 딥 드로잉 재료, 청동 대용으로 사용되는 커머셜 브레스(commercial brass), Zn 15%는 건축용 소품, 소켓으로 사용되는 레드 브레스(red brass), Zn 20%는 장식용 부품, 악기등에 이용되는 로우 브레스(low brass)가 있다. 그 밖에도 애드미럴티 황동(admiralty brass)은 7:3 황동 + Sn 1% 내외의 황동과 6:4황동 + Sn 1% 내외인 네이벌 황동(naval brass), 문쯔 메탈(muntz metal), 델타 메탈(delta metal) 등 다양한 황동이 있다.

<청동, bronze>
청동은 Cu + Sn 합금으로서 주석(Sn)의 함유량이 증가할수록 강도, 경도는 증가하나 연신율은 감소한다.

<두랄루민, duralumin>
Al-Cu-Mg-Mn계 합금으로, 비중은 강의 약 ⅓이므로, 특히 무게를 중요시하는 항공기나 자동차 등의 재료로 많이 쓰인다. 주물의 결정조직을 열간가공에 의하여 완전히 파괴한 다음 고온에서 물에 급랭시킨 후 시효경화를 시키면 기계적 성질이 향상된다. 두랄루민의 성분 중 시효경화에 필요한 원소는 Cu, Mg, Si 등인데, Si는 불순물로서 혼입되므로 첨가해야 할 성분은 Cu와 Mg 이다.

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문 02. 복잡한 형태의 부품을 측정할 경우에 사용되며, 기하학적인 관계를 이용하는 간접 측정기는?
① 사인 바
② 하이트 게이지
③ 버니어 캘리퍼스
④ 요한슨식 각도 게이지

 

①

<사인 바, sine bar>
기하학적인 관계를 이용하는 간접 측정기로써, 길이를 측정하여 직각삼각형의 삼각함수를 이용한 계산에 의하여 임의각의 측정 또는 임의각을 만드는 기구이다.

<하이트게이지, height gauge>
스케일이 부착되어 있는 직각자와 서피스 게이지를 조합한 측정기이다. 정반 표면을 기준으로 금긋기 작업을 하거나 높이를 측정하기 위해 사용하고, 종류는 HT, HB, HM형이 있다. 하이트 게이지는 스크라이버를 이용하여 측정한다. 단, HB형은 금긋기 작업이 불가하다.

<버니어 캘리퍼스, vernier calipers, 노기스>
버니어캘리퍼스 어미자의 한 눈금은 종류에 따라 다르다. 어미자의 (n-1)개의 눈금을 n등분한 아들자를 조합하여 만들게 되는데, 19mm의 눈금을 20등분하면 어미자와 아들자의 1눈금 차이가 0.05mm가 된다. 즉, 이것이 읽을 수 있는 최소 눈금이 된다.

<각도게이지, angle gauge>
각도의 측정이나 검사의 표준이 되는 강편이다. 꼭지각 의 크기가 다양한 다각형의 각도게이지에서 임의로 2개를 짝지어 임의의 표준각도를 얻을 수 있다. 요한슨식 각도게이지와 NPL식 각도게이지 등이 있다. 요한슨식 각도 게이지는 판 게이지를 85개 또는 49개를 한 조로 하고 있고, NPL식 각도 게이지는 100x15mm의 강철제 블록으로 되어 있으며, 12개의 게이지를 한 조로 하며, 두 개 이상 조합해서 0°에서 81°까지 6"간격 으로 임의의 각도를 만들 수 있고 조립후의 정도는 ±2 ~3"이다.

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문 03. 용접 전류가 과대할 때 모재의 용접부가 지나치게 녹아 오목하게 파이는 용접 결함은?
① 균열
② 기포
③ 언더컷
④ 오버랩

 

③

<균열, crack>
가열 및 냉각으로 인한 열응력과 변태에 의한 체적변화에 의해 발생

 

<균열의 원인>
 - 용접속도가 빠를 때
 - 냉각속도가 빠를 때

 

<기공, blow hole>
용착금속 속에 남아있는 가스(CO, $H_{2} $)로 인한 구멍이다.

 

<기공의 원인>
 - 공기중의 산소가 많을 때
 - 용접봉 또는 이음부에 습기가 많을 때
 - 용접전류가 과도하게 흐를 때
 - 이음부에 이물질이 있을 때
 - 아크의 길이가 길 때

 

<언더컷, under cut>
모재의 일부가 과다한 전류 등에 의해 녹아서, 상부에 홈이 형성되는 것

 

<언더컷의 발생 원인, 전부 클 때>
 - 용접 전류가 너무 높을 때
 - 용접 속도가 너무 빠를 때
 - 아크 길이가 너무 길 때
 - 용접봉 선택이 부적당할 때
 - 용접봉의 각도 및 운봉이 부적절할 때

 

<오버랩, over lap>
용접봉의 용융점이 모재의 용융점보다 낮거나, 비드의 용융지가 작고 용입이 얕아서 비드가 정상적으로 형성되지 못하고 위로 겹쳐지는 현상

 

<오버랩의 원인, 전부 작을 때>
 - 용접전류가 부족할 때
 - 아크의 길이가 짧을 때
 - 용접속도가 너무 느릴 때
 - 부적당한 용접봉을 사용할 때

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문 04. 다음 설명에 해당하는 선반의 척(chuck)은?

 

○ 편심 가공이 가능하다.
○ 공작물의 바깥지름이 불규칙해도 가공이 가능하다.

○ 4개의 조(jaw)가 각각 움직여서 공작물을 고정한다.

 

① 단동 척
② 콜릿 척
③ 연동 척
④ 마그네틱 척

 

①

<단동척, independent chuck>
단동척의 몸체는 주철 또는 주강품이며, 조(jaw)는 경화강으로 만든다. 4개의 조(jaw)가 각각 단독으로 움직일 수 있어 불규칙한 일감을 고정하는데 편리하게 되어 있다. 그러나 공작물의 중심을 정확하게 맞추기 위해서는 오랜 시간과 숙련이 필요하다.

 

<콜릿척, collet>
샤프연필의 끝처럼 갈라진 틈을 조여 공작물을 물리는 척이다. 여러 개의 조로 공구나 공작물를 물려주는 부속장치이며 터릿선반이나 자동선반에서 지름이 작은 공작물이나 각봉을 대량가공할 때 사용하며 보통선반에서는 주축의 테이퍼 구멍에 슬리브를 꽂고 여기에 척을 끼워 사용한다.

 

<연동척, universal chuck>
연동척은 만능적으로 스크롤척(scroll chuck)이라고도 하며 3개의 조(haw)가 동시에 움직이도록 되어 있어 원형, 정삼각형의 공작물을 고정하는데 편리하다. 단면이 불규칙한 공작물은 고정이 곤란하며 편심을 가공할 수 없다. 또한 고정력은 단동척보다 약하며 조(jaw)가 마멸되면 척의 정밀도가 떨어지는 결점이 있다.

 

<마그네틱척, 자기척, magnetic chuck>
원판안에 전자석을 설치하여 전류를 흘려보내면 척이 자화되어 공작물은 그 표면에 흡착된다. 특히 얇은 공작물을 변형시키지 않고 고정할 수 있으나 비자성체의 공작물은 고정할 수가 없다. 마그네틱척을 사용하면 공작물에 잔류자기가 남아 있으므로 탈자기로 탈자시켜야 하며, 두께가 얇은 자성체 고정에 용이하다.

 

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문 05. 유압  장치에서  회로  내의  압력을  설정값  이하로  제한하는  역할을 하는 밸브는?
① 체크 밸브(check valve)

② 포핏 밸브(poppet valve)

③ 릴리프 밸브(relief valve)

④ 슬라이드 밸브(slide valve)

 

③

<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.

 

<포핏 밸브, poppet valve>
밸브 갓과 밸브 봉을 가진 버섯 모양의 밸브로서 그 용도는 내연 기관의 흡·배기 밸브로 사용된다. 입형 압축기의 토출 밸브, 흡입 밸브에 사용하며 구조가 튼튼하나 중량이 무거운 단점이 있다. 재료는 니켈강 또는 니켈 크롬강이고, 흡입 밸브는 피스톤에 달려 있다.

 

<릴리프 밸브, relief valve>
회로의 압력이 설정압력에 도달하면 유체의 일부 또는 전량을 배출시켜 회로 내의 압력을 설정값 이하로 유지하는 압력제어 밸브(1차 압력 설정용), 소정의 압력 이상으로 내부압력이 올라가지 않도록 하여 안전 밸브와 같은 역할을 한다.

 

<슬라이드 밸브, slide valve>
실린더 내에서 피스톤의 직선 왕복 운동에 의해 흡입구와 배기구를 개폐하는 밸브로서, 한 개의 밸브에 의해 피스톤 양측의 흡입 및 배기를 할 수 있다.

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문 06. 다음 설명에 해당하는 드릴링 머신(drilling machine)은?

 

○ 암(arm)은 칼럼(column)을 중심으로 회전할 수 있다.
○ 주축이 암에 설치되어 수평 방향으로 이동할 수 있다.
○ 공작물을 고정한 상태에서 드릴 주축이 이동하여 가공할 수 있다. 

① 탁상 드릴링 머신
② 직립 드릴링 머신
③ 다축 드릴링 머신
④ 레이디얼 드릴링 머신

 

④

<탁상 드릴링 머신, bench drilling machine>
작업대위에 설치하여 사용하는 소형의 드릴링머신으로 드릴의 지름이 13mm이하로 비교적 작고 뚫은 구멍이 깊지 않은 드릴구멍에 적합하다. 드릴의 이송은 수동으로 하며 최근에는 정, 역전용 전동기를 사용하여 태핑을 할 수 있고 과부하 시 기계를 보호하는 안전장치를 부착하여 고급화되고 있다.

 

<직립 드릴링 머신, upright drilling maichine>
비교적 대형공작물의 드릴가공에 널리 사용되며 동력 전달과 주축의 속도변환은 단차식 또는 기어식이 사용되며 주축 역회전장치가 있어 태핑을 할 수 있다. 크기는 스윙(주축의 중심부터 컬럼표면까지의 거리의 2배), 테이블의 크기, 주축구멍의 모스테이퍼 번호, 드릴가공을 할 수 있는 최대지름, 주축끝에서 테이블면까지의 최대거리 등으로 나타내고, 자동이송이 가능하다.

 

<다축 드릴링 머신, multiple spindle drilling maichine>
1대의 기계에 많은 수의 스핀들(spindle)이 있으며 이 스핀들은 1개의 구동축에서 유니버설 조인트 등을 이용하여 구동시킨다. 스핀들의 위치를 조정하여 같은 평면안에 있는 다수의 구멍을 동시에 가공할 때 편리하다.

 

<레이디얼 드릴링 머신, radial drilling machine>
대형 공작물의 구멍뚫기 작업에 적합한 기계로서 드릴링 헤드를 수평으로 이동하게 하는 암(arm)과 암을 지지하는 직립 컬럼(vertical column)으로 구성되어 있다. 암(arm)은 베드 위에서 임의의 위치로 회전되며 드릴링 헤드는 암의 길이방향으로 임의위치에 이동할 수 있다. 따라서 드릴을 공작물의 어떠한 위치에도 신속히 이동시켜 드릴 작업을 할 수 있도록 되어 있다.

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문 07. 기어에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 기어는 마찰차나 벨트보다 정확한 속도비로 동력을 전달한다.

② 기어 이의 크기를 표시하는 방법은 모듈, 원주 피치, 지름 피치가 있다.
③ 랙과 피니언은 평행한 두 축 사이에서 회전 운동을 직선 운동으로 변환할 때 사용한다.
④ 하이포이드 기어는 교차하는 두 축 사이에서 직각 방향으로 운동을 전달할 때 사용한다.

 

④

<기어, gear>

마찰차의 원주상에 일정한 간격으로 이를 깎고 이가 맞물려 미끄럼 없이 정확한 동력을 전달할 수 있는 장치이다.

 

<기어의 특징>
 - 정확한 속도비와 높은 효율을 자랑한다.
 - 두 축간거리가 짧을 때 즉, 협소한 장소에 설치할 수 있다.
 - 미끄럼이 적어 큰 회전력을 전달할 수 있다.
 - 물려지는 기어의 잇수를 변화시켜 회전수를 바꿀 수있다.
 - 두 축이 평행하지 않을 때도 동력을 전달할 수 있다.
 - 큰 감속비를 얻을 수 있으며, 소음과 진동이 발생한다.

 

<하이포이드 기어, hypoid gear>

두 축이 나란하지도 교차하지도 않으며, 베벨 기어의 축을 엇갈리게 한 것으로, 자동차의 차동기어 장치의 감속기어로 사용되는 것이고 링 기어와 구동 피니언으로 구성된다. 테이퍼 롤러 베어링에 지지된 구동 피니언 기어는 링기어의 중심보다 낮게 설치되어 있는 스파이럴 기어 형식이다.

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문 08. 알루미늄 재료를 절삭가공할 때 발생하는 구성인선(built-up edge)을 방지하기 위한 방법으로 옳지 않은 것은?
① 절삭 속도를 높인다.
② 절삭 깊이를 작게 한다.
③ 가공 중에 절삭유를 사용한다.
④ 공구의 윗면 경사각을 작게 한다.

 

④

<구성인선, built up edge>
날 끝에 칩이 달라붙어 마치 절삭날의 역할을 하는 현상. 울퉁불퉁하고 표면을 거칠게 하거나 동력손실을 유발한다.

<구성인선의 특징>
 - 고속으로 절삭하면 칩이 날 끝에 용착되기 전에 칩이 떨어져나간다.
 - 절삭깊이가 작으면 그만큼 날끝과 칩의 접촉면적이 작아진다.
 → 칩이 날 끝에 용착될 확률이 적어진다.
 - 윗면경사각이 커야 칩이 윗면에 충돌하여 붙기 전에 떨어져 나간다.
 - 구성인선의 끝단 반경은 실제공구의 끝단 반경보다 크다.
 → 칩이 용착되어 날 끝의 둥근 부분, 노즈가 커지기 때문이다.
 - 일감의 변형경화지수가 클수록 구성인선의 발생 가능성이 커진다.
 - 구성인선의 경도값은 공작물이나 정상적인 칩보다 훨씬 크다.
 - 구성인선은 발생 → 성장 → 분열 → 탈락의 과정을 거친다.
 - 구성인선은 공구면을 덮어서 공구면을 보호하는 역할도 할 수 있다.
 - 구성인선을 이용한 절삭방법은 SWC이다.
 → 은백색의 칩을 띄며, 절삭저항을 줄일 수 있는 방법이다.

<구성인선의 방지법>

 - 120m/min 이상으로 절삭속도를 크게 할 것(절삭저항 감소)

 - 30° 이상으로 경사각(상면각)을 크게 할 것

 - 칩과 바이트 사이에 윤활성이 좋은 절삭유를 사용할 것

 - 공구의 인선을 예리하게 할 것

 - 절입량과 회전당 이송을 줄일 것

 - 절삭깊이를 작게 하고, 인선반경(공구반경)을 줄일 것

 - 마찰계수가 작은 공구를 사용할 것

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문 09. (가), (나)에 들어갈 용어를 순서대로 바르게 연결한 것은?

(가) 은 결합도가 높은 숫돌로 연한 금속을 연삭할 때 연삭숫돌 표면의 기공이 메워져 연삭 성능이 저하되는 현상이다. 이 현상이 발생한 연삭숫돌의 입자를 제거하여 새로운 입자가 표면에 생성되도록 하는 것을  (나) 이라 한다.

 

① 눈메움(loading), 트루잉(truing)
② 입자탈락(shedding), 트루잉(truing)
③ 눈메움(loading), 드레싱(dressing)
④ 입자탈락(shedding), 드레싱(dressing)

 

③

<로딩, loading>
눈메움이라고도 하며, 결합도가 높은 숫돌에 구리와 같이 연한 금속을 연삭하면 숫돌 입자 사이에 또는 기공에 칩이 끼어 연삭이 불량해지는 현상을 로딩이라고 한다.

<트루잉, truing>
나사와 기어의 연삭은 정확한 숫돌 모양이 필요하므로 숫돌의 형상을 수시로 교정해야 하는데, 이 교정작업을 트루잉이라고 한다.

<입자탈락, shedding>
셰딩, 스필링이라고도 하며, 자생작용이 과도하게 일어나 숫돌의 소모가 심해지는 현상이다. 결합제의 힘이 약해서 작은 절삭력이나 충격에 의해서도 쉽게 입자가 탈락하게 된다.

<드레싱, dressing>
눈메움, 눈무딤이 생긴 입자를 제거하여 숫돌 표면에 새로운 입자를 생성시키는 것

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문 10. 유체의 성질에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 밀도는 유체의 단위 부피당 질량의 크기를 말한다.
② 비중량은 유체의 단위 질량당 부피의 크기를 말하며, 단위는 없다.

③ 점성은 유체의 흐름에 대한 저항을 말하고, 액체의 점성은 온도가 올라가면 낮아진다.
④ 표면 장력은 액체 표면의 분자가 표면에 접선 방향으로 끌어당기는 힘을 말하며, 온도가 올라가면 작아진다.

 

②

<유체, fluid>
 - 액체나 기체와 같이 흐를 수 있는 물질. 공기, 물, 수 증기 등
 - 일정한 양이 없고, 담는 용기의 모양에 따라 달라진다.
 - 고체에 비해 변형하기 쉽고 자유로이 흐르는 특성을 지닌다.
 - 힘을 가하면 유체 전체가 움직이지 않고 힘을 받은 유체층만 움직인다.
 - 아무리 작은 전단력이라도 저항하지 못하고 연속적으로 변형하는 물질
 - 밀도는 유체의 단위 부피당 질량의 크기를 말한다.
 - 비중량은 단위 체적 유체가 갖는 중량이고, 단위는 N/m³, kgf/m³

<유체의 점성>
액체의 점성은 온도가 내려갈수록 커지는 반면에, 기체의 점성은 온도가 내려갈수록 작아진다. 액체는 분자들이 활발하게 진동하거나 움직여서 분자 간의 결합력이 감소되므로 유체층 사이의 연결이 느슨해져서 쉽게 미끄러진다. 기체는 온도의 증가로 점성이 증가된다. 기체는 분자 간의 거리가 매우 멀고, 분자 상호간의 결합력은 매우 낮다. 따라서 온도의 증가는 분자의 활발한 운동을 야기하고 기체분자 간의 충돌이 증가하여 연속적 층 사이에 운동량 전달이 많아지게 되고 결론적으로 충돌에 의한 저항력으로 점성이 증가된다.

<표면장력, surface tension>
응집력이 부착력보다 큰 경우에 표면장력이 발생한다. 액체 표면이 스스로 수축하여 되도록 작은 면적을 취하려는 힘의 성질을 말한다. 분자 사이에 작용하는 힘에 따라 분자가 서로 접촉하여 응축하려고 하며, 이에 따라 표면적이 적은 원 모양이 되려고 한다. 또한, 모든 방향으로 같은 크기의 힘이 작용하여 합력은 0이다. 수은>물>비눗물>에탄올 순으로 크며, 합성 세제 및 비누 같은 계면활성제는 물에 녹아 물의 표면장력을 감소시킨다. 또한, 표면장력은 온도가 높아지면 낮아진다. 표면장력이 클수록 분자 간의 인력이 강하기 때문에 증발하는 데 시간이 많이 걸린다. 표면장력의 단위는 N/m이며, 표면장력은 물의 냉각효과를 떨어뜨린다. 그리고 물에 함유된 염분은 표면장력을 증가시킨다.

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문 11. 압축식 냉동기의 구성 요소에 대한 설명으로 옳은 것은?
① 팽창 밸브를 통과한 냉매액은 압력이 높아진다.
② 응축기는 냉매 가스의 압력과 온도를 상승시킨다.
③ 증발기에서 냉매액이 주변의 열을 흡수하여 기체가 된다.
④ 압축기는 냉매 가스의 열을 방출시켜 기체에서 액체로 변하게 한다.

 

③

<냉동기 주요 장치들의 역할 순환 순서>
 - 증발한 저온ㆍ저압의 기체 냉매를 흡입ㆍ압축하여 압력을 상승시킴
 - 토출된 고온ㆍ고압 냉매 가스의 열을 상온의 공기 중에 방출

 → 냉매액으로 응축시킴
 - 고온ㆍ고압의 액체를 좁은 통로를 통해서 팽창

 → 저온ㆍ저압의 냉매액과 증기의 혼합 매체를 만듦
 - 저온ㆍ저압의 습증기(액체 + 증기)를 증기 상태로 증발시킴

 

<냉동사이클에서의 4개의 중요 기기>
1 → 2 압축기(압력상승, 소요동력)
 - 단열압축(등엔트로피과정)
2 → 3 응축기(기체에서 액체로 응축되면서 열방출)
 - 정압방열, 엔트로피 감소, 엔탈피 감소
3 → 4 압력강하장치(팽창기, 압력강하, 일부 액체가 기체로 기화, 교축)
 - 교축과정(등엔탈피과정)
4 → 1 증발기(액체가 기체로 기화되면서 열흡수, 냉동능력)
 - 정압흡열, 등온, 엔트로피 증가, 엔탈피 증가

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문 12. 실내 공기의 상태를 쾌적하게 유지하고자 할 때, 조절해야 하는 공기 조화의 4대 요소에 해당하는 것은?
① 조도(illuminance)
② 기류(air movement)

③ 전력(electric power)

④ 공기 압력(air pressure)

 

②

<공기 조화의 4대 요소>

온청기습

톈진조약으로 들어(온) (청)나라를 (기습)

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문 13. 다음 설명에 해당하는 주철은?

○ 보통 주철의 쇳물을 금형에 넣고 표면만 급랭시켜 단단하게 만든다.
○ 내열성과 내마모성이 우수하여 철도 차륜, 압연기롤, 분쇄기롤 등에 사용된다.

① 회주철
② 칠드 주철
③ 가단 주철
④ 구상 흑연 주철

 

②

<회주철, gray cast iron>

흑연이 편상(片狀, flake)으로 크게 존재하는 구조이다. 파단될 때 파단경로가 편상흑연을 따라 일어나면서 파단면이 회색과 거무스름한 색을 띠므로 회주철이라고 불린다. 편상흑연은 응력집중원(stress raiser)의 역할을 하므로 압축에는 강하지만 인장에는 약해 연성을 거의 갖지 않는다. 반면에, 편상회주철 주물은 수축 기공이 잘 생기지 않으며 미세기공이 거의 없다. 회주철의 전형적인 용도는 엔진블록, 기계 받침대, 전기모터 하우징, 파이프, 기계의 마멸면 등이다.

 

<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.

 

<가단주철, malleable cast iron>

보통주철의 결점인 여리고 약한 인성을 개선하기 위하여 백주철을 장시간 열처리(풀림) 하여 탄소(C)의 상태를 분해 또는 소실시켜 인성 또는 연성을 증가시킨 주철이다. 주강과 같은 정도의 강도를 가지며 주조성과 피삭성이 좋고, 다량 생산에 적합하다.

 

<구상흑연주철, spheroidal graphit cast iron>

주철의 인성과 연성을 현저히 개선시킨 것으로 자동차의 크랭크 축, 캠 축 및 브레이크 드럼 등에 사용된다. 보통 자동차용 주물에 가장 많이 사용되는 주철이 구상흑연주철이다.

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문 14. 다음 설명에 해당하는 합금은?

○ 소성변형하더라도 특정 온도에서 원래 모양으로 회복되는 성질을 가진다.
○ 대표적으로  Ni-Ti  합금이  있으며  인공위성  안테나,  치열 교정기, 안경 프레임 등에 사용된다.

① 제진 합금
② 초전도 합금
③ 비정질 합금
④ 형상 기억 합금

 

④

<제진 합금, damping alloys>

고체음이나 고체 진동이 문제가 되는 경우, 음원이나 진동원을 사용하여 공진, 진폭, 진동 속도를 감쇠시키는 합금이다.

 

<제진 합금의 종류>

쌍정형, 전위형, 복합형, 강자성형

(두) 마리 (전)(복)이 (강자)다.

한마리 전복보다 쌍전복이 강자다.

 

<초전도 합금, super conduct alloy>

초전도 특성을 가진 재료로 다양한 형태로 가공하여 코일 등으로 만들어 사용한다. 어떤 전도물질을 상온에서 점차 냉각하여 절대온도 0 K(-273℃)에 가까운 극저온이 되면 전기저항이 0이 되어 완전도체가 되는 동시에 그 내부에 흐르고 있던 자속이 외부로 배제되어 자속밀도가 0이 되는 마이스너 효과에 의해 완전한 반자성체가 되는 재료이다. 초전도 현상에 영향을 주는 인자는 온도, 자기장, 자속밀도이다.

 

<비정질 합금, amorphous alloy>

결정구조를 가지지 않고 아몰포스 구조를 가지기 때문에 자기적 성질이 좋은 재료. 전기 저항이 크고 균질한 재료이며, 결정이방성이 없다.

 

<비정질합금의 특징>

 - 일반적인 금속에 비해 기계적 강도가 우수하고 내식성이 좋다.

 - 우수한 연자기 특성을 가지고 있지만 전기전도성은 우수하지 않다.

 - 주조 시 응고수축이 적고, 주물제작 했을 때 표면이 매끈하다.

 → 후가공이 필요 없다.

 - 열을 가하면 다시 보통의 결정구조를 가진 금속으로 되돌아간다.

 - 장시간 내버려두면 본연의 결정구조를 찾아 재결정화가 일어난다.

 

<형상 기억 합금, shape memory alloy>

고온에서 일정 시간 유지함으로써 원하는 현상을 기억시키면 상온에서 외력에 의해 변형되어도 기억시킨 온도로 가열만 하면 변형 전 현상으로 되돌아오는 합금이다. 온도, 응력에 의존되어 생성되는 마텐자이트 변태를 일으킨다. 형상기억 효과를 만들 때 온도는 마텐자이트 변태 온도 이하에서 한다. 우주선의 안테나, 치열 교정기, 안경 프레임, 급유관의 이음쇠, 소재의 회복력을 이용하여 용접 또는 납땜이 불가한 것을 연결하는 이음쇠로 사용된다. Ni-Ti 합금의 대표적인 상품은 니티놀이다. 주성분은 Ni과 Ti이다.

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문 15. 비틀림 하중을 받는 데 사용되는 경량의 막대 모양 스프링으로, 축적할 수 있는 에너지가 커서 자동차와 전동차에 많이 사용되는 것은?
① 토션 바
② 판 스프링

③ 공기 스프링

④ 코일 스프링

 

①

<토션 바, torsion bar>
비틀림 하중을 받는 데 사용되는 막대 모양의 스프링이다. 단위중량당 에너지 흡수율이 크고 경량이고 구조가 간단하다.

<토션 바의 특징>
 - 에너지흡수율이 크고 경량이며 구조가 간단하다.
 - 큰 에너지를 축적할 수 있다.
 - 막대의 하단을 비틀면 발생하는 비틀림 변형을 이용한다.
 - 가공이 어렵고 비용이 비싸다.
 - 용도는 자동차의 현가장치에 대표적으로 사용된다.

<판 스프링, leaf spring>
두께가 길이에 비해 작은 직사각형 단면의 스프링 판을 여러 개 겹쳐 고정한 스프링이며 완충장치의 역할로 자동차의 현가장치에 사용된다.

<공기 스프링, air spring>
 - 내부의 공압을 조정하여 하중 변화에 유연하게 대응하는 스프링이다.
 - 공기 스프링은 측면방향의 강성이 없다.
 → 2축 또는 3축 방향으로 동시에 작용할 수 없다.
 - 고주파진동의 절연성이 좋기 때문에 소음이 적다.
 - 감쇠특성이 커서 작은 진동을 흡수할 수 있다.
 - 외력의 변화에 따라 스프링상수도 변하는 가변 스프링의 특성이 있다.
 → 하중과 변형의 관계가 비선형적이다.
 - 공기량이 일정하면 스프링의 길이는 일정하게 유지할 수 있다.
 → 용기 안의 공기량이나 공기실의 부피를 조정하는 조정장치를 장착한다.

<코일 스프링, coil spring>
봉재를 나선상으로 강은 스프링으로 압축, 인장, 비틀림 등 여러 종류가 있다. 거의 압축하중을 받아 인장응력이 거의 없기 때문에 무시해도 된다.

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문 16. 접촉으로 서로 힘을 주고받는 한 쌍의 기계요소 조합인 짝(pair)의 예시 중 접촉형태가 다른 것은?
① 볼트(bolt) - 너트(nut)
② 캠(cam) - 태핏(tappet)
③ 피스톤(piston) - 실린더(cylinder)
④ 축(shaft) - 미끄럼 베어링(sliding bearing)

 

②

<면접촉>
 - 미끄럼짝(피스톤과 실린더)
 - 회전짝(미끄럼베어링과 축, 핀과 조인트)
 - 나사짝(볼트와 너트)
 - 구면짝(유니버설 조인트, 자동차의 백미러, 볼트와 소켓)

<선접촉>
 - 기어류(선 접촉), 캠류(선 접촉)
 - 롤러 베어링(선 접촉)
 - 선기어(태양기어)라서 선접촉임ㅋ

 

<점접촉>
 - 볼과 베어링 내외륜(점 접촉)

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문 17. 모듈이 2인 한 쌍의 표준 스퍼 기어가 외접하여 맞물려 돌고 있다. 원동축 기어의 피치원 지름이 30 mm이고 속도비가 0.5일 때, 종동축 기어의 잇수[개]는?
① 10
② 15
③ 25
④ 30

 

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 $

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문 18. 축의 원주 방향에 여러 개의 키(key) 홈을 가공하여 큰 회전력을 전달할 수 있도록 한 결합용 기계 요소는?
① 스플라인(spline)
② 안장키(saddle key)
③ 반달키(woodruff key)
④ 접선키(tangential key)

 

①

<스플라인 키, spline>
축에 원주방향으로 같은 간격으로 여러 개의 키 홈을 깎아 낸 것이다. 큰 토크를 전달하고 키와 보스의 접촉면에서 발생하는 마찰력으로 회전력을 발생시킨다. 보스가 축 방향으로 이동할 수 있고, 스플라인 키 홈의 개수는 일반적으로 4 ~ 20개이다. 자동차, 항공기 터빈 등의 속도를 변환하는 축에 많이 사용된다.

<안장키, 새들키, saddle key>
축에는 홈을 파지 않고 보스(boss)에만 키홈을 파며 윗면에 1/100의 기울기가 있는 키를 때려 박아서 키와 키 홈 사이에 접촉압력을 생기게 하여 마찰저항으로 토크를 전달하는 키

<반달키, woodruff key>
홈이 깊게 가공되어 축의 강도가 약해지는 결점이 있으나 가공하기 쉽고, 60mm 이하의 작은 축에 사용되며, 특히 테이퍼 축에 사용하면 편리한 키이다.

<접선키, tangential key>
키홈을 축의 접선 방향으로 내어 서로 반대 방향의 구배를 가진 2개의 키를 짝지은 것으로 강력한 체결법의 하나이다. 플라이 휠과 같이 무거운 물건이나 급격한 속도 변화가 있는 부분의 체결에 사용된다. 축의 회전 방향이 한방향으로만 되어있는 경우는 한 곳에만 접선 키를 사용하지만, 양쪽방향의 회전에서는 중심각이 120도가 되는 위치에 2조의 접선키를 설치하여 역회전이 가능하고 아주 큰 회전력을 받을 수 있게 한다. 중심각이 90도인 접선키를 케네디키라고 한다.

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문 19. 그림과 같이 원뿔의 플러그를 90° 회전시켜 유체의 흐름을 조절하는 기계 요소는?

① 콕
② 앵글 밸브
③ 글로브 밸브
④ 게이트 밸브

 

①

<콕 밸브, cock valve>
중앙 회전체의 90도 각도 회전으로 완전 개방과 완전 닫힘이 되는 밸브이며 볼밸브와 비슷하다. 구조가 간단하나 기밀성이 나쁘다. 플러그 밸브라고도 한다.

<콕의 특징>
 - 원통 및 원뿔의 플러그를 90도 회전시켜 개폐가 이루어진다.
 - 꼭지를 ¼회전하면 완전개폐가 되므로 콕은 개폐속도가 빠르다.
 - 콕이 완전하게 열린 상태에서 저항이 가장 작다.
 - 저압용으로 사용하며 전개시 저항이 작다.
 - 구조가 간단하고 청동이나 주철로 제작한다.
 - 원뿔 플러그의 테이퍼는 ⅕이다.
 - 유로변환에 적합하다.

<앵글 밸브, angle valve>
유체의 입구와 출구의 중심선이 직각으로서, 유체는 밸브의 아래쪽으로 들어와 위쪽의 왼쪽 또는 오른쪽으로 나가도록 하여 유체의 흐름 방향이 직각으로 변하는 밸브이며, 보일러 설비에 있어서 급수 밸브나 주증기 밸브로 사용된다.

<글로브 밸브, globe valve>
스톱 밸브의 일종이며 나사에 의해 밸브를 밸브 시트에 꽉 눌러 유체의 개폐를 실행하는 밸브이며 밸브 내에서 흐름의 방향이 바뀌고, 모두 열렸을 때에도 밸브가 유체 속에 있으므로 유체의 에너지 손실이 크지만 밸브의 개폐 속도는 빠르다.

<슬루스 밸브, sluice valve>
유체의 흐름에 대한 저항이 적고 압력에도 강하여 발전 소의 도입관 또는 상수도의 주관 등과 같이 지름이 큰 관이나 밸브를 자주 개폐할 필요가 없는 관에 주로 사용하며 게이트 밸브(gate valve)라고도 한다.

<슬루스 밸브, 게이트 밸브의 특징>
 - 밸브 시트가 유체 흐름에 대하여 직각으로 미끄러져 유로를 개폐한다.
 - 고속, 고압용이며 밸브를 자주 개폐하지 않는 곳에 사용된다.
 → 발전소의  도입관 또는 상수도의 주관 등과 같이 지름이 큰 관 등
 - 공동현상을 방지하는데 사용할 수 있다.
 - 부분적으로 개폐될 때 유체의 흐름에 와류가 생긴다. 
 → 내부에 먼지가 쌓이기 쉽다.
 - 유체의 흐름에 대한 저항이 적고 압력에도 강하다.

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문 20. 금속 재료의 기계적 성질에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

① 취성이 큰 재료는 쉽게 깨지지 않는다.
② 연성이 큰 재료는 외력을 가했을 때 잘 늘어난다.

③ 금(Au)은 구리(Cu)에 비해 전성이 커 쉽게 펴진다.
④ 인성이 큰 재료는 질겨서 외력을 가해도 쉽게 파괴되지 않는다.

 

①

<연성>
가래떡처럼 길게 잘 늘어나는 성질
Au > Ag > Al > Cu > Pt > Pb > Zn > Fe > Ni

 

<전성>
얇고 넓게 잘 펴지는 성질로 가단성과 같은 의미이다.
Au > Ag > Pt > Al > Fe > Ni > Cu > Zn

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