21년 2회차

체인에 의해 구동되는 엘리베이터 매다는 장치의 안전율은 최소 10 이상이어야 한다.

매다는 장치의 안전율은 구동 방식에 따라 달리 정해지는데, 3가닥 이상의 로프에 의한 권상 구동은 12 이상, 2가닥 로프는 16 이상, 체인 구동은 10 이상이 요구된다.

파단 소선의 단면적이 원래의 70% 이하이거나 녹이 심한 경우에는 1구성 꼬임의 1꼬임 피치 내 파단 수가 2 이하여야 한다. 따라서 녹이 심한 경우 3 이하는 틀리다. 파단이 균등하게 분포된 경우는 4 이하여야 하므로 5 이하도 틀리다. 파단이 한 곳에 집중된 경우 6꼬임 로프는 12 이하(8꼬임은 15 이하)여야 하므로 15 이하도 틀리다.

과속조절기 로프의 최소 파단하중은 안전율 8 이상이어야 하므로 "10 이상"은 틀린 설명이다. 과속조절기에는 추락방지안전장치의 작동과 일치하는 회전방향이 표시되어야 한다. 인장 풀리 피치 직경과 로프 공칭 지름의 비는 30 이상이어야 한다. 작동 시 로프 인장력은 추락방지안전장치 작동에 필요한 힘의 2배와 300 N 중 큰 값 이상이어야 한다.

에스컬레이터의 경사도는 원칙적으로 30°를 초과하지 않아야 한다.

층고가 6m 이하이고 공칭속도가 0.5m/s 이하인 경우에 한해 35°까지 증가시킬 수 있으므로, 층고가 6m를 초과하는 이 문제의 조건에서는 30° 기준이 그대로 적용된다.

소방구조용 엘리베이터는 소방관 접근 지정층에서 문이 닫힌 이후부터 최대 60초 이내에 가장 먼 층에 도착해야 한다.

다만 승강행정이 200m 이상 운행되는 경우는 이 기준에서 제외된다.

기계실이 있는 엘리베이터에서 기계실에 설치되는 부품은 과속조절기(조속기)이다.

완충기는 승강로 피트 하부에, 균형추와 리밋 스위치는 승강로 내부(레일을 따라)에 설치되어 기계실이 아닌 승강로 쪽 구성요소이다.

권상 도르래·풀리 또는 드럼의 피치직경과 로프의 공칭 직경 사이의 비율은 로프의 가닥수와 관계없이 최소 40 이상이어야 한다(주택용 엘리베이터 제외).

즉시 작동형 추락방지안전장치는 작동하는 순간부터 레일을 물기 시작해, 정지력이 원점에서 거리에 비례하여 직선으로 계속 증가하다가 짧은 거리에서 카를 정지시킨다. 3번 그래프가 이 특성을 나타낸다. 정지력이 올라간 뒤 일정하게 유지되는 그래프(2번, 4번)는 점차 작동형의 특성이다.

주택용 엘리베이터의 정원은 정격하중(kg)을 75로 나눈 값으로 산출한다.

일반 승객용 엘리베이터가 1인당 65kg을 기준으로 정원을 정하는 것과 달리, 주택용 엘리베이터는 안전기준에서 1인당 75kg을 적용하도록 정하고 있다.

따라서 산출식은 $\text{정원(인)}=\dfrac{\text{정격하중(kg)}}{75}$이며, 예컨대 정격하중이 225kg이면 정원은 3인이 된다.

이는 출제 당시 안전기준에 따른 값으로, 분모를 70·80·85로 둔 식은 기준에 없는 수치이다.

G종은 소선 표면에 아연 도금을 한 와이어로프로, 습기가 많은 장소에 사용하기 적합한 종류이다.

• E종의 소선강도는 1320N/mm²급이므로 1470N/mm²급이라는 설명은 옳지 않다.
• B종(1770N/mm²급)은 A종(1620N/mm²급)보다 강도와 경도가 오히려 높으므로 낮다는 설명은 옳지 않다.
• 탄소량을 적게 하고 경도를 낮춘 1320N/mm²급은 A종이 아니라 E종에 대한 설명이다.

미리 설정한 방향으로 설정치를 초과한 유체 흐름이 과도하게 증가하여 압력이 비정상적으로 떨어지면 자동으로 유로를 차단하도록 설계된 밸브는 럽처 밸브이다.

유압식 엘리베이터에서 배관이 파손되어 유량이 급증할 때 카가 자유낙하하지 않도록 회로를 차단하는 안전장치로 사용된다.

• 체크 밸브는 오일의 역류를 방지하는 밸브이다.
• 차단 밸브는 수동으로 유로를 열고 닫는 밸브이다.
• 릴리프 밸브는 설정압력 초과 시 오일을 배출해 압력을 일정하게 유지하는 밸브이다.

승강장문 또는 카문과 이에 견고하게 연결된 기계 부품의 운동에너지는 평균 닫힘 속도로 계산하거나 측정했을 때 10 J 이하여야 하므로 100 J은 틀렸다. 닫힘 저지력 150 N(처음 1/3 구간 제외), 접이식 문의 열림 저지력 150 N, 접힌 문 외측 모서리와 문틀 홈 사이 거리 15 mm 이상은 옳은 기준이다.

승강기 안전관리법에서 정기검사는 설치검사 후 정기적으로 받는 검사로, 그 검사주기를 2년 이하로 정하고 있다.

다만 승강기의 종류·설치장소·사용 빈도 등을 고려하여 행정안전부령으로 승강기별 주기를 달리 정할 수 있으며, 실제 운영상 대부분의 승강기는 1년 주기로 정기검사를 받는다.

무빙워크(수평보행기)의 경사도는 안전기준상 최대 12° 이하로 제한된다.

이용자가 서서 이동하는 구조라 미끄럼과 전도 위험을 억제해야 하므로, 계단형으로 오르내리는 에스컬레이터의 경사도 30° 이하 기준보다 훨씬 엄격하게 정해져 있다.

9°·15°·25°는 승강기 종류별 경사도 기준값과 맞지 않는 수치이며, 이러한 수치는 승강기 안전기준 개정에 따라 달라질 수 있어 출제 당시 기준으로 이해해야 한다.

엘리베이터 브레이크로 감속되는 카의 감속도는 승객 안전을 위해 1.0gₙ을 넘지 않도록 설정되어야 하므로, 1.0gₙ 이상으로 설정한다는 설명은 옳지 않다.

주동력·제어회로 전원이 차단되면 브레이크가 자동으로 작동해야 하고, 브레이크 관련 부품은 권상도르래·드럼·스프로킷에 직접적이고 확실하게 연결되어야 하며, 전자-기계 브레이크는 정격하중 125%를 싣고 정격속도로 하강할 때도 구동기를 정지시킬 수 있어야 한다는 나머지 설명은 모두 맞는 내용이다.

비선형 특성을 갖는 에너지 축적형 완충기는 시험 시 최대 피크 감속도가 6gₙ 이하여야 하므로, 8gₙ 이하라는 기준은 옳지 않다.

2.5gₙ를 초과하는 감속도가 0.04초보다 길지 않아야 하고, 카 또는 균형추의 복귀속도는 1m/s 이하여야 하며, 작동 후 영구적인 변형이 없어야 한다는 나머지 기준은 모두 맞는 내용이다.

괄호에 들어갈 설비는 비상용 스피커이다.

안전기준은 승강로를 엘리베이터 전용 공간으로 규정해 엘리베이터와 무관한 배관·전선·설비의 설치를 금지한다. 승강로 안의 이물이 카나 균형추의 주행을 방해할 수 있고, 화재 시 승강로가 연돌 역할을 할 수 있기 때문이다.

다만 예외로, 엘리베이터의 안전한 운행에 지장을 주지 않는다면 소방 관련 법령에 따라 기계실 천장에 설치되는 화재감지기 본체, 비상용 스피커 및 가스계 소화설비는 설치할 수 있도록 열거해 두었다.

소화기나 경보기, 전화기는 이 예외 항목에 들어 있지 않으므로 괄호에 넣을 수 없다.

주행안내 레일의 규격은 추락방지안전장치가 작동할 때의 좌굴하중, 지진 때의 수평 진동력, 불균형 적재에 따른 회전 모멘트를 고려해 정한다. 완충기의 행정거리는 완충기 자체의 설계 요소이므로 레일 규격 결정과는 관계가 멀다.

여러 층에 고정된 주차구획 사이를 운반기가 아래·위 및 옆으로 이동하며 자동차를 자동으로 운반·이동시켜 주차시키는 방식은 승강기 슬라이드식이다.

• 2단식은 주차구획을 상하 2단으로 배치해 이동시키는 소규모 방식이다.
• 평면 왕복식은 같은 평면(층)에서 운반기가 수평으로 왕복하며 주차구획으로 자동차를 옮기는 방식이다.
• 수직 순환식은 주차구획 자체가 수직 방향으로 순환하며 자동차를 옮기는 방식이다.

유압식 엘리베이터에 사용되는 체크밸브는 오일이 역류하는 것을 방지하는 역할을 한다.

실린더로 유입된 오일이 펌프 쪽으로 거꾸로 흐르지 않도록 막아 카가 임의로 하강하는 것을 막아준다.

"이 장치는 물체가 계속 감지되는 한 무효화 되어서는 안 된다"는 표현은 잘못되었다. 감지장치는 물체가 감지되는 동안 문 폐쇄를 정지시켜야 하지만, 마지막 20mm 구간에 진입한 후에는 무효화될 수 있으며, 일정 시간 이상 계속 감지되면 안전상 이유로 무효화될 수 있다는 점에서 "절대 무효화 안 된다"는 절대적 표현은 부정확하다.

엘리베이터 자동 문 개방 장치(감지장치)의 요건은 승강기 안전기준에서 규정하고 있다.

• 마지막 20mm 구간 무효화: 문이 닫히는 마지막 20mm 구간에서는 감지장치가 무효화될 수 있다는 규정이 맞다.
• 감지 범위: 감지 범위가 카문 문턱 위로 25mm 이상 1600mm 이하이어야 한다는 요건이 올바르다.
• 감지장치 고장 시 운행: 음향신호와 문의 운동에너지 4J 이하 제한이 맞는 규정이다.

승강장문 및 카문이 닫혀 있을 때 문짝 간 틈새나 문짝과 문틀(측면) 또는 문턱 사이의 틈새는 최대 6mm 이하여야 한다(수직 개폐식 승강장문의 마모된 부품 및 유리로 만든 문은 제외).

안전율은 허용응력 ÷ 실제응력으로 구한다. 먼저 실제 굽힘응력을 구하기 위해 굽힘응력 공식
$\sigma = \frac{M}{Z}$를 사용한다.

여기서 M = 2400 N·m = 2,400,000 N·mm, Z = 68 cm³ = 68,000 mm³이다. 실제 굽힘응력은
$\sigma = \frac{2,400,000}{68,000} = 35.29 \text{ MPa}$이다.

안전율은
$n = \frac{\text{허용굽힘응력}}{\text{실제굽힘응력}} = \frac{410}{35.29} = 11.62$로 약 11.6이다.

파이널 리미트 스위치는 일반 종단정지장치와 서로 독립적으로 작동해야 하므로, 두 장치가 연결되어 종속적으로 작동해야 한다는 설명은 옳지 않다.

유압식 엘리베이터는 주행로 최상부에서만, 권상 및 포지티브 구동식은 최상부와 최하부 모두에서 파이널 리미트 스위치가 작동해야 하며, 완충기가 압축되어 있거나 램이 완충장치에 접촉되어 있는 동안에는 그 작동이 지속적으로 유지되어야 한다는 나머지 설명은 모두 맞는 내용이다.

추락방지안전장치가 없는 균형추·평형추의 주행안내 레일은 금속판을 성형하여 제작하는 것이 허용되므로, 성형해서는 안 된다는 설명은 옳지 않다.

카나 추락방지안전장치가 있는 균형추의 레일은 기계 가공된 레일이 요구되지만, 안전장치가 없는 균형추·평형추에는 상대적으로 완화된 기준이 적용된다.

주행안내 레일이 압연강으로 만들어지거나 마찰면이 기계 가공되어야 하는 점, 2개 이상의 견고한 금속제 레일로 안내되어야 하는 점, 브래킷과 건축물 고정부가 침하나 콘크리트 수축을 자동 또는 단순 조정으로 보상할 수 있어야 하는 점은 모두 맞는 설명이다.

GD²(플라이휠 효과)는 일정한 토크로 전동기를 기동시켰을 때 빨리 기동하는지 늦게 기동하는지의 정도, 즉 회전체의 관성 특성을 나타내는 값이다.

GD²가 클수록 회전체의 관성이 커서 기동·제동에 더 큰 토크와 시간이 필요하다.

PWM(펄스 폭 변조, Pulse Width Modulation)은 출력 전압과 주파수를 동시에 제어하여 유도전동기의 회전속도와 토크를 조절하는 방식이다. 보기 1은 PWM의 정의 자체로 맞고, 보기 3, 4는 VVVF 제어의 핵심 장점으로 V/f 일정 제어를 통해 자기 포화를 방지하고 광범위한 속도 범위에서 높은 효율과 안정적인 토크를 제공한다는 점에서 옳다. 보기 2는 PWM 제어는 인버터의 스위칭으로 출력측(부하 측) 전압과 주파수를 변화시키는 방식이며, 입력측 교류전압을 직접 변화시키지 않으므로 틀렸다.

필요 환기량은 약 1420 m³/h이다.

먼저 전동기의 시간당 가동률을 구한다. 1행정당 구동시간이 25초이고 1시간에 50회 운전하므로 실제 운전시간은 25×50=1250초, 가동률은 $\dfrac{1250}{3600}=0.347$이다.

따라서 기계실로 방출되는 열은 $11\,\mathrm{kW}\times0.347=3.82\,\mathrm{kW}$이고, 시간당 열량으로 바꾸면 $3.82\times3600\approx13750\,\mathrm{kJ/h}$이다.

환기량은 $Q=\dfrac{H}{c\,\Delta t}$이고 기계실 40℃와 외기 32℃의 온도차 8℃, 공기비열 1.21kJ/(㎥·℃)를 대입하면 $Q=\dfrac{13750}{1.21\times 8}\approx 1420\ \mathrm{m^3/h}$가 된다.

엘리베이터의 5분간 수송능력은 5분 내 왕복 가능한 횟수 × 승객수로 구한다. 일주시간(RTT) 120초는 편도 1회 완성에 걸리는 시간이므로, 5분(300초) 동안 왕복 가능한 횟수는 $300 \div 120 = 2.5$회이다. 따라서 5분간 수송능력은 $2.5 \times 12 = 30$명이다.

이(teeth)의 줄이 나선 형태이면서 두 축이 서로 평행한 원통형 기어는 헬리컬 기어이다.

• 스퍼 기어는 이가 축과 평행한 직선 형태인 기어이다.
• 웜 기어는 두 축이 서로 직각으로 엇갈리는 기어이다.
• 베벨 기어는 두 축이 한 점에서 교차하는 기어이다.

포지티브 구동 엘리베이터에서 로프는 드럼에 한 겹으로만 감겨야 하므로, 두 겹으로 감겨야 한다는 설명은 옳지 않다.

드럼은 나선형으로 홈이 있어야 하고 그 홈은 사용되는 로프에 적합해야 하며, 홈에 대한 로프의 편향각(후미각)은 4도를 초과하지 않아야 하고, 카가 완전히 압축된 완충기 위에 정지하고 있을 때 드럼의 홈에는 한 바퀴 반의 로프가 남아 있어야 한다는 나머지 설명은 모두 맞는 내용이다.

망설임현상(hesitation phenomenon)은 분산배치 시 발생하는 현상으로, 승강기가 멀리 떨어져 있거나 부족할 때 승객이 승강기를 기다릴지 계단을 이용할지 망설이게 되는 현상이다. 따라서 집중배치에서는 이러한 망설임현상이 오히려 완화되므로 발생하지 않는다.

• 운전능률 향상·설비 투자비용 절감: 승강기들이 한곳에 모여있어 관리·유지보수가 용이하고 기계실 등 설비 공간을 효율적으로 사용하므로 발생한다.
• 승객의 대기시간 단축: 승객 입장에서는 한곳에 여러 승강기가 있어 선택지가 많고 대기 중 탈 승강기를 찾을 수 있으므로 가능하다.

공칭속도가 0.5m/s인 에스컬레이터가 무부하로 하강할 때 정지거리는 0.20m부터 1.00m까지의 범위를 만족해야 한다.

공칭 직경 6 mm 이상 8 mm 미만인 로프 3가닥 이상으로 구동되는 권상 구동 엘리베이터의 매다는 장치 안전율은 16 이상이어야 하므로 14는 틀렸다. 공칭 직경 8 mm 이상 로프 3가닥 이상인 권상 구동 엘리베이터는 12 이상, 가닥수는 2가닥 이상이 기준이다.

3상 유도전동기의 역률은 $\dfrac{\text{입력(kW)}\times10^{3}}{\sqrt{3}\times\text{전류(A)}\times\text{전압(V)}}\times100\%$로 구한다.

3상 회로의 피상전력은 $S=\sqrt{3}\,VI$[VA], 유효전력은 $P=\sqrt{3}\,VI\cos\theta$[W]이므로 역률은 두 값의 비 $\cos\theta=\dfrac{P}{\sqrt{3}\,VI}$이다.

입력이 kW로 주어지므로 분자에 10³을 곱해 W 단위로 맞춘 뒤 100을 곱해 백분율로 나타낸다.

전압이 분자로 올라가 있거나 $\sqrt{3}$이 분자에 놓인 식은 피상전력의 정의와 맞지 않아 성립하지 않는다.

미끄럼 베어링은 진동이 있는 기계류에서 충격과 진동을 잘 흡수하여 사용 시 효과가 좋다는 장점이 있다.

구름 베어링에 비해 접촉면이 넓어 유막이 충격을 완충하므로 소음과 진동에 유리하다.

• 윤활유는 오히려 구름 베어링보다 많이 필요하다.
• 초기 기동 시에는 유막이 완전히 형성되지 않아 마찰이 오히려 크다.
• 규격화·호환성은 구름 베어링의 장점이다.

권상 도르래 지름을 로프 지름의 40배 이상으로 하는 이유는 로프의 수명을 연장하기 위해서이다.

도르래 지름이 작을수록 로프가 굽혀지는 곡률이 커져 굽힘응력이 증가하고, 반복 굽힘에 의한 피로 손상으로 로프 수명이 짧아진다.

이탈 방지나 미끄러짐 방지는 로프 홈의 형상·언더컷 여부와 관련된 문제이며, 도르래 지름비와는 별개의 사항이다.

엘리베이터용 전동기는 정지 정밀도와 가감속 응답성을 위해 회전부분의 관성 모멘트가 작아야 한다.

관성 모멘트가 크면 기동·제동 시 응답이 느려져 착상 정밀도가 떨어지므로, 이는 엘리베이터용 전동기에 요구되는 특성이 아니다.

• 기동토크가 큰 것은 확실한 기동을 위해 필요한 특성이다.
• 기동전류가 적은 것은 빈번한 기동에 따른 전원설비 부담을 줄이기 위해 요구된다.
• 기동·정지가 잦으므로 열적 내구성도 필수 요구 특성이다.

재질과 권부각이 같을 때 권상 도르래 홈의 트랙션 능력은 U홈이 가장 작고, 언더컷홈, V홈 순으로 커진다.

U홈은 로프와의 접촉면이 넓어 마모에는 유리하지만 마찰력(트랙션)은 가장 작다.

V홈은 로프를 쐐기 형태로 압박하여 마찰력을 크게 얻지만 로프 마모가 심하고, 언더컷홈은 U홈에 절개를 더해 그 중간 수준의 트랙션 능력을 갖도록 한 형상이다.

중앙 개폐식 문에서 선행 문짝의 가장 취약한 지점에 손으로 150N의 힘을 가할 때, 문의 틈새는 45mm를 초과해서는 안 된다.

중앙 개폐식은 마주 보는 두 문짝이 함께 벌어져 틈새가 양쪽에서 생기므로 한쪽 개폐식(30mm)보다 큰 값이 허용된다.

승강기 안전기준상 문의 강도(손으로 미는 힘에 대한 변형 허용 한계)를 규정한 수치로, 출제 당시 기준에 따른 값이다.

사인바는 정반 위에서 삼각함수를 이용해 각도를 측정하는 기구로, 각도 측정기에 해당한다.

• 마이크로미터는 길이(외경·두께)를 정밀하게 측정하는 기구이다.
• 하이트게이지는 높이 및 금긋기에 사용하는 측정기이다.
• 버니어캘리퍼스는 내외경과 깊이 등 길이를 측정하는 기구이다.

축 설계 시 전기 전도성은 고려 대상이 아니다.

축은 기계적 하중을 전달하는 요소이므로 강도, 응력집중, 열응력, 강성, 진동 등 기계적·열적 특성을 우선 검토한다.

전기 전도성은 도체·절연체 설계에서 다루는 특성으로 축 설계와는 무관하다.

전위기어는 기준 래크의 기준 피치선이 기어의 기준 피치원에 접하지 않고 벗어나 있는 기어로, 정의상 4번이 틀렸다(접한다는 표현이 오류). 1번 이의 강도는 전위량을 증가시키면 개선되고, 2번 언더컷 방지는 작은 잇수 기어에서 전위의 주요 목적이며, 3번 중심거리 조절은 양전위·음전위 조합으로 가능하다. 따라서 정답은 4번이다.

펌프나 관로에서 송출압력과 유량이 주기적으로 변동하며 숨쉬는 듯한 진동·소음이 발생하는 현상을 서징(surging)이라 한다.

채터링은 밸브 등이 고속으로 개폐를 반복하는 진동 현상이고, 베이퍼 록과 캐비테이션은 유체 내 기포 발생과 관련된 현상으로 압력·유량의 주기적 맥동을 나타내는 서징과는 구분된다.

왕복 펌프의 과잉 배수 체적비는 배수량(유량) 변동의 정도를 나타내는 척도이다.

평균 송출량을 넘어서 배수되는 초과량을 평균 송출량으로 나눈 비율로 정의되며, 이 값이 클수록 유량의 맥동이 크다는 것을 의미한다.

• 배수곡선의 산수(실린더 수)가 많을수록 각 실린더의 송출이 서로 겹쳐 평균화되므로 과잉 배수 체적비는 오히려 작아진다.
• 과잉 배수 체적비가 크다는 것은 맥동이 작다는 뜻이 아니라 크다는 뜻이다.
• 행정용적과의 곱이 아니라 평균 송출량 대비 비율로 정의된다.

구리(Cu)는 탄소강에 첨가되면 결정입자를 미세화시키므로, 결정입자를 조대화시킨다는 설명은 틀렸다.

구리는 내식성을 향상시키고 A1 변태점을 저하시키며, 인장강도·경도·탄성한도 등의 기계적 성질을 증가시키는 원소이다.

주물사는 주형 내부의 급격한 냉각을 막아야 하므로 열전도성이 낮아야 한다.

열전도성이 높으면 주형 표면에서 용탕이 급냉되어 조직 결함이 생기기 쉬우므로, 열전도성이 높을 것은 주물사의 구비조건이 아니다.

내화성, 통기성, 주물표면에서의 이탈 용이성(붕괴성)은 모두 주물사가 갖추어야 할 조건이다.

축에 키 홈 가공을 하지 않고 보스(hub)에만 키 홈을 가공한 키 형식을 안장 키(saddle key)라고 한다. 안장 키는 축 위에 안장처럼 올려놓고 보스의 홈에만 끼우는 방식으로, 축의 가공을 최소화할 수 있어 축이 약한 경우나 기존 축을 개조할 때 주로 사용된다. 묻힘 키는 축과 보스 모두에 홈을 가공하고, 반달 키는 보스 측면에 반달 모양의 홈을 가공하며, 접선 키는 축과 보스에 모두 홈을 가공하는 방식이므로 조건에 맞지 않는다.

최대허용응력은 인장강도를 안전율로 나눈 값이다.

$\sigma_a = \dfrac{\sigma_u}{S} = \dfrac{200}{4} = 50$

따라서 최대허용응력은 50Pa이 된다.

길이 $L$인 단순보 중앙에 집중하중 $P$가 작용할 때 최대 굽힘모멘트는 $M_{max} = \dfrac{PL}{4}$로 구한다.

$M_{max} = \dfrac{1000 \times 4}{4} = 1000\ \mathrm{N{\cdot}m}$

따라서 최대 굽힘모멘트는 1000N·m이다.

온도변화로 인한 열응력과 선팽창계수의 관계식을 적용한다. 온도변화에서 자유로운 팽창을 억제하는 외력이 작용할 때, 열응력은
$\sigma = E \cdot \alpha \cdot \Delta T$이고, 이를 힘으로 나타내면
$F = E \cdot A \cdot \alpha \cdot \Delta T$이다.

주어진 값을 대입하면
$20,000 = 210 \times 10^9 \times 40 \times 10^{-6} \times \alpha \times 20$이다.
정리하면
$20,000 = 210 \times 10^9 \times 40 \times 10^{-6} \times 20 \times \alpha = 168 \times 10^6 \times \alpha$이고,
$\alpha = \frac{20,000}{168 \times 10^6} = \frac{20,000}{1.68 \times 10^8} \approx 1.19 \times 10^{-4} \text{ /℃}$이다.

볼나사는 나사산과 너트 사이에 볼(강구)을 넣어 구름 접촉으로 동력을 전달하므로 마찰저항이 매우 작고 정밀도가 높아 정밀기계의 이송나사로 사용된다.

• 4각나사는 큰 힘을 전달하는 동력전달용 나사이다.
• 너클나사는 둥근 형상으로 먼지·이물질에 강해 전구·호스이음 등에 사용된다.
• 미터가는나사는 일반 죔용 나사로 정밀 이송용으로는 적합하지 않다.

드릴로 뚫은 구멍의 내면을 매끈하고 정밀하게 마무리하는 가공은 리머(reamer) 가공이다. 리머는 드릴 구멍의 거친 표면을 제거하고 구멍의 정확한 지름과 높은 표면 품질을 얻는 마무리 가공 공구로, 여러 개의 절삭날을 가진 원통형 공구다. 줄 가공은 수작업 또는 기계가공으로 표면을 평탄하게 하는 일반적인 마무리이고, 탭 가공은 구멍 내부에 나사를 만드는 공구, 다이스 가공은 외부 나사를 만드는 공구이므로 구멍의 내면 정밀 마무리와는 다르다.

지름이 2배가 되면 저장 탄성에너지는 16분의 1로 줄어 $E_2=\dfrac{1}{16}E_1$이 된다.

비틀림을 받는 축에 저장되는 탄성에너지는 $U=\dfrac{T^{2}L}{2GI_p}$이고, 중실 원형축의 극단면 2차 모멘트는 $I_p=\dfrac{\pi d^{4}}{32}$이다.

비틀림 모멘트·길이·재질이 모두 같으므로 $U\propto\dfrac{1}{I_p}\propto\dfrac{1}{d^{4}}$의 관계만 남는다.

지름이 d에서 2d로 커지면 $d^{4}$가 $2^{4}=16$배가 되므로 에너지는 16분의 1이 되어 $E_2=\dfrac{1}{16}E_1$이 성립한다.

서브머지드 아크 용접(SAW)은 용접부를 분말 형태의 용제(flux)로 덮은 상태에서 그 속에서 아크를 발생시키므로, 용접이 진행되는 동안 아크가 육안으로 보이지 않는다.

• 불활성 가스 대신 탄산가스를 사용하는 용극식은 CO2 아크용접의 설명이다.
• 텅스텐·몰리브덴처럼 대기에서 반응하기 쉬운 금속의 용접은 불활성 가스 아크용접(TIG·MIG)의 특징이다.
• 대전류를 사용해 용접 입열이 크므로 용접 응력이 대단히 작다고 보기 어렵다.

6:4 황동(60% Cu, 40% Zn)에 주석(Sn)을 약 1% 첨가한 합금을 네이벌 황동이라 하며, 내식성이 향상되어 선박용 기계 부품, 스프링, 용접용 재료 등에 사용된다.

두 축이 평행하면서 중심선이 약간 어긋난 경우, 등속도로 토크를 전달하는 커플링은 올덤 커플링이다.

중간 슬라이더가 직교하는 두 홈을 따라 미끄러지며 편심을 흡수하기 때문에 회전 중 가속도 변동 없이 동력을 전달할 수 있다.

코일 스프링의 처짐량 $\delta = \dfrac{8PD^3n}{Gd^4}$에서 알 수 있듯이, 처짐량은 전단탄성계수(G)에 반비례한다.

• 처짐량은 권수(n)에는 비례하므로 반비례한다는 설명은 틀렸다.
• 하중(P)에는 1차로 비례할 뿐 제곱에 비례하지 않는다.
• 소선 지름(d)의 네제곱에 반비례하므로, 지름의 제곱에 비례한다는 설명도 틀렸다.

주조는 용융 금속을 주형에 부어 굳히는 가공법으로, 재료를 깎아내지 않는 비절삭 가공에 해당한다.

호닝, 밀링, 보링은 모두 공구로 재료를 제거하는 절삭 가공법이다.

터빈 펌프는 날개(임펠러)의 회전으로 유체에 운동에너지를 부여하는 원심형(비용적형) 펌프이므로 용적형 펌프가 아니다.

기어 펌프, 베인 펌프, 피스톤 펌프는 모두 밀폐된 공간의 용적 변화를 이용해 유체를 이송하는 용적형 펌프이다.

두 피드백이 정궤환(+)으로 작용하여 분모가 1 - GH1 - GH2 형태가 되는 보기가 정답이다.

블록선도에서 R에 H1, H2 두 피드백이 모두 +로 합류하고, G는 전향경로에 있다.

출력
$C = G(R + H_1 C + H_2 C)$이므로
$C - G H_1 C - G H_2 C = GR$, 정리하면
$C(1 - G H_1 - G H_2) = GR$이 되어 전달함수는
$\dfrac{C}{R} = \dfrac{G}{1 - G H_1 - G H_2}$이다.

휘트스톤 브리지 평형 조건은 R1×R3 = R2×R4이다. 대입하면 $100 \times 800 = 1000 \times R_4$이므로 $R_4 = \dfrac{80000}{1000} = 80\,\Omega$이 된다.

저항에서 발생하는 전력은 P = I²R이므로, 이를 전류 I에 대해 정리하면 I² = P/R이고 I = √(P/R)이다. 저항 R이 일정할 때 I는 P의 제곱근에 비례하므로 I ∝ √P = P^0.5이다.

입력 중 어느 하나라도 "1"이면 출력이 "0"이 되는 회로는 NOR 회로이다.

NOR는 OR 연산 결과를 반전시킨 것으로, 모든 입력이 "0"일 때만 출력이 "1"이 되고 하나라도 "1"이 입력되면 출력은 "0"이 된다.

전류계와 전압계의 내부저항은 측정 대상 부하 저항과 비교하여 서로 다른 특성을 가져야 하며, 전류계는 가능한 작고, 전압계는 가능한 커야 한다.

전류계는 부하와 직렬 연결되므로 내부저항이 작아야 전류 흐름을 방해하지 않고 정확히 측정할 수 있으며, 내부저항이 크면 회로의 총 저항이 증가하여 실제보다 작은 전류를 측정하게 된다.

전압계는 부하와 병렬 연결되므로 내부저항이 커야 부하를 통과하는 전류를 최소화하고 전압을 정확히 측정할 수 있으며, 내부저항이 작으면 과도한 분로전류가 흘러 실제보다 작은 전압을 측정하게 된다.

유효전력 P = 1000kW는 일정하고, 역률 개선 전후의 무효전력 차이로 필요한 콘덴서 용량을 구한다.
개선 전(cosθ₁ = 0.8): tanθ₁ = √(1 - 0.8²)/0.8 = 0.6/0.8 = 0.75 → Q₁ = 1000 × 0.75 = 750kvar
개선 후(cosθ₂ = 0.95): tanθ₂ = √(1 - 0.95²)/0.95 = √0.0975/0.95 ≈ 0.3123/0.95 ≈ 0.329 → Q₂ = 1000 × 0.329 = 329kvar
필요한 콘덴서 용량 = Q₁ - Q₂ = 750 - 329 = 421kvar

전동기는 전류가 흐르는 도체가 자기장 내에서 받는 힘의 방향을 이용하여 회전한다. 이 회전 방향을 판정하는 법칙이 플레밍의 왼손법칙이다. 왼손의 엄지손가락(힘의 방향), 검지(자기장 방향), 중지(전류 방향)를 서로 직각으로 펼쳤을 때 각 방향을 결정할 수 있다. 렌츠의 법칙은 유도전류의 방향을, 암페어의 법칙은 자기장을, 플레밍의 오른손법칙은 발전기의 유도기전력 방향을 판정하는 법칙이다.

정격전압에서 30W 전구의 저항이 60W 전구보다 크므로, 두 전구를 직렬로 연결하면 저항이 큰 30W 전구가 더 밝다.

정격 저항은 $R = \dfrac{V^2}{P}$로 구해지며, $R_{30} = \dfrac{100^2}{30} \approx 333\ \Omega$, $R_{60} = \dfrac{100^2}{60} \approx 167\ \Omega$이다.

직렬 연결에서는 두 전구에 같은 전류가 흐르므로 소비전력 $P=I^2R$은 저항이 큰 30W 전구 쪽이 더 커져, 정격과 반대로 30W 전구가 더 밝게 켜진다.

조건은 전류 20A, 위상각 60°(진상, 앞선 전류)가 흐를 수 있는 회로여야 한다는 것이다. 앞선 전류(진상 전류)는 용량성(C) 성분이 포함되어 커패시터에 의해 전류 위상이 전압보다 앞설 때 나타난다. RC병렬, RLC병렬, RLC직렬은 소자값 조정에 따라 용량성 리액턴스가 우세해져 진상 60°를 만들 수 있지만, RL병렬 회로는 유도성 성분만 존재하므로 전류가 전압보다 뒤진(지상) 위상만 가능하여 앞선 전류 조건을 만족할 수 없다.

콘덴서에 축적되는 에너지는 $W = \dfrac{1}{2}CV^2$로, 전위차 $V$의 제곱에 비례한다.

따라서 전위차와 축적 에너지의 관계를 그래프로 나타내면 포물선 형태가 된다.

프로세스 제어는 압력, 유량, 온도, 액위 등 공정(프로세스) 변수를 제어량으로 하는 제어를 말한다.

속도는 위치·각도와 함께 서보기구(추종제어)의 제어량에 해당하므로 프로세스 제어에 속하지 않는다.

열전대는 두 금속의 접합부에 온도차가 있을 때 기전력이 발생하는 제벡 효과를 이용한 온도 센서로, 철·콘스탄탄 등 열기전력이 큰 금속쌍을 사용한다.

열팽창 계수 차이에 따른 변형이나 내부 응력을 이용하는 것은 바이메탈식 온도 감지 방식의 원리이며, 열전대의 원리가 아니다.

피드백 제어계의 제어요소는 동작신호(편차)를 조작량으로 변환시키는 요소로, 조절부와 조작부로 구성된다.

• 조작부와 검출부로 구성된다는 설명은 제어요소의 구성이 아니다. 검출부는 피드백 경로에 속한다.
• 출력량으로서 제어를 받는 것은 제어대상이지 제어요소가 아니다.
• 제어량을 주궤환 신호로 변환하는 것은 검출부(피드백 요소)의 역할이다.

워드 레오나드 방식은 직류 발전기의 계자를 조정해 출력 전압을 가변시켜 전동기 속도를 제어하는 방식으로, 전압제어 방법에 속한다.

별도의 직류발전기-전동기 세트를 이용해 넓은 범위의 속도를 매끄럽게 제어할 수 있어 과거 엘리베이터 등의 속도제어에 널리 사용되었다.

동기속도는 $N_s = \dfrac{120f}{p} = \dfrac{120 \times 60}{6} = 1200\ \mathrm{rpm}$이다.

슬립은 $s = \dfrac{N_s - N}{N_s} = \dfrac{1200 - 1160}{1200} \approx 0.03$으로 계산된다.

그림의 게이트는 AND 기호에 출력측 작은 원(부정)이 붙은 NAND 게이트이다. NAND의 출력은 두 입력의 곱을 부정한 값이므로 X=(AB)의 NOT, 즉 오버라인이 씌워진 AB로 표현된다. 단순 AND(X=AB)나 OR(X=A+B)가 아니라 부정이 포함된 형태이므로, 보기 중 오버라인 표시가 있는 4번(NAND 출력식)이 정답이다.

x₂로 세 화살표가 모두 들어오는 선도가 옳다.

신호흐름 선도에서 한 절점의 값은 그 절점으로 들어오는 가지에 대해 (앞 절점 값 × 가지 이득)을 모두 더한 것이다. 주어진 식은 x₂가 좌변이므로 x₁·x₃·x₄에서 x₂를 향하는 화살표만 있어야 한다.

즉 x₁→x₂에 이득 a, x₃→x₂에 이득 c, x₄→x₂에 이득 b인 세 가지가 그려진 선도가 $x_2=ax_1+cx_3+bx_4$를 나타낸다.

• x₁→x₂→x₃→x₄로 이어지는 직렬 선도는 x₂=ax₁만 뜻하므로 c·b 항이 빠진다.
• x₂에서 x₃ 쪽으로 나가는 화살표가 그려진 선도는 그 항이 x₂의 입력이 되지 못해 식과 맞지 않는다.

출력이 입력의 미분값에 비례하는 형태, 즉 $y(t) = K\frac{dx(t)}{dt}$는 미분요소의 전달함수 정의식이다. 참고로 비례요소는 $y=Kx$, 적분요소는 $y=K\int x\,dt$, 지연요소는 시간지연이 포함된 형태로 표현된다.

이 회로의 출력은 $Y=A\overline{B}+\overline{A}B$로, 배타적 논리합(XOR)이다.

그림에서 A는 위쪽 인버터를 지나 $\overline{A}$가 되어 위쪽 AND의 한 입력이 되고, B는 교차선을 따라 그대로 위쪽 AND의 다른 입력이 되므로 위쪽 AND의 출력은 $\overline{A}B$이다.

B는 아래쪽 인버터를 지나 $\overline{B}$가 되어 아래쪽 AND의 한 입력이 되고, A가 교차선을 따라 아래쪽 AND의 다른 입력으로 들어가므로 아래쪽 AND의 출력은 $A\overline{B}$이다.

두 AND 출력이 OR 게이트로 합쳐져 $Y=A\overline{B}+\overline{A}B$가 되며, A와 B가 서로 다를 때만 출력이 1이 되는 회로이다.

직렬 공진 상태, 즉 유도 리액턴스와 용량 리액턴스가 서로 상쇄되어 회로가 순저항처럼 보일 때 전압과 전류가 동상이 되므로, 조건은 $\omega = \dfrac{1}{\sqrt{LC}}$이다.

R-L-C 직렬회로의 임피던스는 $Z = R + j\left(\omega L - \dfrac{1}{\omega C}\right)$이고 위상차는 허수부가 결정한다.
위상차가 0이려면 $\omega L = \dfrac{1}{\omega C}$여야 하고,
정리하면 $\omega^2 = \dfrac{1}{LC}$ 이므로 $\omega = \dfrac{1}{\sqrt{LC}}$이다.

제곱근이 없는 $\omega = LC$·$\omega = L^2 C$·$\omega = \dfrac{1}{LC}$ 형태는 각속도의 단위(rad/s)조차 맞지 않아 조건식이 될 수 없다. 공진주파수 $f_0 = \dfrac{1}{2\pi\sqrt{LC}}$와 마찬가지로 LC의 곱이 제곱근 안에 들어간다는 형태로 기억하면 된다.