19년 3회차

과부하감지장치는 카 내 적재하중이 정격적재하중의 110%를 초과하기 전에 작동하여 과부하 상태를 알리도록 되어 있다. (19년 3회차 출제 당시 기준이며, 관련 수치는 이후 개정될 수 있다.)

균형체인은 카와 균형추 상호 간의 위치 변화에 따른 주로프 무게 불균형을 보상하기 위해 설치한다.

카가 오르내림에 따라 카 쪽 로프 길이와 균형추 쪽 로프 길이가 반대로 변하면서 발생하는 무게 차이를, 반대 방향으로 걸리는 균형체인이 상쇄해 준다.

화재 등 재난 발생 시 거주자의 피난활동에 적합하게 제조·설치되고, 평상시에는 승객용으로 사용되는 엘리베이터를 피난용 엘리베이터라 한다.

소방구조용 엘리베이터는 화재 시 소방관의 구조활동을 위해 사용하는 것으로 목적이 다르며, 화물용 엘리베이터와 일반 승객용 엘리베이터는 재난 시 피난활동에 적합하도록 설계된 것이 아니다.

전동발전기(워드-레오나드 방식)를 이용한 직류 엘리베이터에서는 주로 발전기의 계자전류를 제어하여 발전기 출력전압을 변화시킴으로써 전동기 속도를 제어한다.

발전기 계자전류를 조정하면 발전기 출력전압이 매끄럽게 변화하여, 전동기에 인가되는 전기자 전압을 넓은 범위에서 연속적으로 제어할 수 있다.

에스컬레이터의 스텝은 알루미늄 다이캐스트 또는 스테인리스 강판을 접어 구부린 형태로 제작되는 경우가 있다.

• 스텝을 지지하는 롤러는 앞바퀴와 뒷바퀴를 합쳐 일반적으로 네 개이다.
• 밟는 면은 미끄럼을 방지하기 위해 홈(리브)이 있어야 한다.
• 주의색(황색 표시선)은 스텝의 앞면뿐 아니라 옆면에도 표시해야 한다.

엘리베이터 기계실의 작업구역마다 1개 이상의 콘센트를 적절한 위치에 설치하여야 한다. (19년 3회차 출제 당시 기준이며, 관련 수치는 이후 개정될 수 있다.)

엘리베이터용 주로프는 사용 중 늘어짐이나 처짐을 최소화해야 하므로 구조적 신율이 작아야 하며, 신율이 커야 한다는 설명은 실제 요구조건과 반대된다.

• 그리스 저장 능력이 뛰어나야 하는 것은 로프의 내마모성·윤활 유지를 위한 올바른 요구조건이다.
• 강선 속 탄소량을 적게 하는 것도 로프의 유연성과 내구성을 위한 올바른 요구조건이다.
• 내구성 및 내부식성이 우수해야 하는 것 역시 올바른 요구조건이다.

유체의 흐름을 한 방향으로만 흐르게 하고 역류를 방지하는 밸브는 체크밸브이다.

• 감압밸브는 1차측 압력을 낮추어 2차측 압력을 일정하게 유지하는 밸브이다.
• 글로브밸브는 유량 조절에 주로 사용되는 밸브이다.
• 슬루스밸브는 개폐(차단) 목적으로 주로 사용되는 밸브이다.

엘리베이터의 전자-기계 브레이크는 슈 또는 패드가 압축 스프링이나 추의 힘으로 드럼(또는 디스크)을 눌러 제동하는 구조여야 하며, 밴드 브레이크 형식은 사용될 수 없다. 따라서 밴드 브레이크가 같이 사용되어야 한다는 설명은 안전기준과 맞지 않는다.

• 브레이크 라이닝이 불연성이어야 하는 것은 올바른 요구조건이다.
• 브레이크슈 또는 패드 압력이 압축 스프링이나 추에 의해 발휘되어야 하는 것도 올바른 요구조건이다.
• 정격속도로 정격하중의 125%를 싣고 하강 시 구동기를 정지시킬 수 있어야 하는 것 역시 안전기준상 올바른 요구조건이다.

동력전원의 상 순서가 바뀌거나 결상이 발생했을 때 이를 감지하여 전동기의 전원을 차단하는 장치를 역결상검출장치라 한다.

• 과속감지장치는 카의 속도가 정격속도를 초과할 때 이를 감지하는 장치이다.
• 과부하감지장치는 적재하중 초과를 감지하는 장치이다.
• 과전류감지장치는 전동기 등에 흐르는 전류가 과도하게 커질 때 이를 감지하는 장치이다.

표의 빈칸인 고(高) 설정값은 150gal이다.

지진 감지기 설정값은 특저·저·고 세 단계로 두는데, 표의 건축물 높이 58m에서는 특저 설정값이 80gal 또는 P파 감지, 저 설정값이 120gal이고, 가장 큰 흔들림에 대응하는 고 설정값이 150gal로 이어진다.

특저·저 설정값에서 감지되면 카를 가까운 층에 정지시켜 승객을 내리게 하는 관제운전을 하고, 고 설정값을 넘는 흔들림에서는 운행을 멈춘 뒤 점검을 거쳐야만 복귀시킨다.

수치는 출제 당시 기준이므로 실제 적용 시에는 개정된 승강기 안전기준을 확인해야 한다.

완충기는 정격속도에 따라 종류가 구분되며, 에너지 축적형 완충기는 저속용, 에너지 분산형(유압식) 완충기는 고속용 엘리베이터에 주로 사용된다.

에너지 축적형(스프링식)은 상대적으로 낮은 속도에서 충격을 흡수하는 데 적합하고, 유압을 이용해 충격 에너지를 분산·흡수하는 에너지 분산형은 고속 엘리베이터에서 요구되는 큰 정지거리와 완충 성능을 감당할 수 있다.

승강기 도어 머신의 감속장치로는 주로 벨트, 체인, 웜 감속기 방식이 사용되며, 유성기어 감속기 방식은 도어 머신의 일반적인 감속 방식으로 사용되지 않는다.

엘리베이터 주로프로 가장 일반적으로 사용되는 와이어로프는 8×S(19), E종, 보통 Z꼬임 규격이다.

스트랜드 8개에 씰형(S) 소선 배열을 쓴 8×S(19) 구성은 유연성이 좋아 시브를 반복해 감기는 데 적합하고, 소선 강도가 낮은 E종은 권상 시브의 마모를 줄이는 데 유리하다. 꼬임은 스트랜드와 소선의 꼬임 방향이 반대인 보통꼬임(Z꼬임)이 표준으로 쓰인다.

무빙워크는 안전기준상 경사도가 12°를 초과할 수 없도록 되어 있어, 경사도 12° 초과 무빙워크의 공칭속도를 규정한 설명 자체가 성립하지 않는다. (19년 3회차 출제 당시 기준이며, 관련 수치는 이후 개정될 수 있다.)

• 경사도 12° 이하 무빙워크의 공칭속도가 0.75m/s 이하여야 하는 것은 올바른 기준이다.
• 경사도 30° 이하 에스컬레이터의 공칭속도가 0.75m/s 이하여야 하는 것도 올바른 기준이다.
• 경사도 30° 초과 35° 이하 에스컬레이터의 공칭속도가 0.5m/s 이하여야 하는 것 역시 올바른 기준이다.

비상정지장치(추락방지안전장치)는 카가 과속 하강할 때 작동하도록 되어 있으며, 상승방향으로만 작동해야 한다는 설명은 실제 작동방향과 반대된다.

• 정격속도의 1.15배 이상에서 작동해야 하는 것은 올바른 요구조건이다.
• 조속기(과속조절기)가 작동한 후에 비상정지장치가 작동하는 순서도 올바른 요구조건이다.
• 조속기 로프를 기계적으로 잡아 비상정지장치를 작동시킬 수 있는 것도 올바른 구조이다.

균형(보상)로프는 주로프의 무게 불균형을 상쇄하기 위한 것이므로, 단위중량이 주로프와 같은 것이 가장 이상적이다.

카와 균형추 위치에 따라 변하는 주로프 쪽 무게를, 반대 방향으로 걸리는 보상로프가 같은 단위중량으로 정확히 상쇄해 줄 때 전체 견인 시스템의 하중 균형이 가장 안정적으로 유지된다.

무빙워크의 주요 안전장치로는 비상정지스위치, 스텝(팔레트)체인 안전스위치, 핸드레일 인입구 안전장치, 구동체인 안전장치 등이 있다.

반면 스커트가드 스위치는 스텝과 측면 스커트가드 사이에 사람이나 물건이 끼었을 때 이를 감지해 운전을 정지시키는 장치로, 계단형 스텝이 오르내리며 스커트가드와 상대운동을 하는 에스컬레이터 쪽 안전장치로 분류된다. 무빙워크는 팔레트 또는 고무벨트가 거의 수평으로 주행해 스텝과 스커트 사이의 단차 끼임 위험 구조가 다르므로, 출제 기준에서는 무빙워크의 안전장치로 보지 않는다.

유량제어밸브 방식의 유압식 엘리베이터는 착상층에 가까워지면 유량제어밸브가 저속 운전으로 전환되어 부드럽게 정지하도록 하며, 이때 착상속도는 정격속도의 10~20% 정도로 설정하는 것이 일반적이다.

착상속도를 지나치게 낮게 잡으면 착상에 걸리는 시간이 길어져 운행 효율이 떨어지고, 반대로 지나치게 높이면 착상 충격이 커져 승차감이 나빠진다. 따라서 정격속도 대비 10~20% 수준에서 유량을 제어해 감속·착상하도록 하는 것이 표준적이다.

소방구조용 엘리베이터에서 콘센트의 위치는 피트 내부에서 허용 가능한 최대 누수 수준보다 0.5m 이상 높은 곳에 있어야 하며, 제시된 "0.5m 미만"이라는 서술은 기준을 반대 방향으로 표현한 것이므로 틀린 설명이다.

나머지 서술은 실제 기준과 일치한다.

• 피트 바닥 위 1m 이내에 설치되는 전기장치는 IP67 이상 등급으로 보호되어야 한다.
• 소방구조용 엘리베이터는 소방운전 시 모든 승강장의 출입구마다 정지할 수 있어야 한다.
• 주 전원공급과 보조 전원공급의 배선은 방화구획되고 서로 구분되며, 다른 전원공급장치와도 구분되어야 한다.

엘리베이터 감시반의 기능은 제어기능·경보기능·통신기능으로 구성되며, 구출기능은 감시반의 기능에 해당하지 않는다.

감시반은 운행 상태를 모니터링하고 이상 발생 시 경보를 울리며 관리자와 통신하는 역할을 하지만, 실제로 갇힌 승객을 구출하는 작업은 별도의 구출 매뉴얼에 따라 유지보수 인력이 수행하는 것이지 감시반 자체의 기능은 아니다.

상부체대의 안전율은 약 8.3이다.

상부체대 2개가 카 자중과 적재하중을 나누어 지지하므로 1개당 하중은 $W=\dfrac{2200+1150}{2}=1675\ \mathrm{kg}$이다.

스팬 1800mm(=180cm)인 단순보가 중앙에 집중하중을 받는다고 보면 최대굽힘모멘트는 $M=\dfrac{WL}{4}=\dfrac{1675\times180}{4}=75375\ \mathrm{kg\cdot cm}$이다.

사용응력은 $\sigma=\dfrac{M}{Z}=\dfrac{75375}{153}\approx492.6\ \mathrm{kg/cm^2}$이므로, 파단강도를 사용응력으로 나눈 안전율은 $\dfrac{4100}{492.6}\approx8.3$이 된다.

베벨 기어는 교차하는 두 축 사이에 운동을 전달하는 원추형(원뿔형) 기어이다.

• 내접 기어는 평행한 두 축 사이에서 안쪽으로 맞물리는 기어이다.
• 스퍼 기어는 평행한 두 축 사이에서 사용하는 평기어이다.
• 헬리컬 기어는 평행한 두 축 사이에서 이가 비스듬히 경사진 기어이다.

조속기(과속조절기) 로프 인장 풀리의 피치 직경과 조속기 로프의 공칭 지름의 비는 30 이상이어야 한다는 것이 출제 당시 안전기준이다.

이 비율이 충분히 커야 로프가 풀리를 감아 돌 때 급격한 굽힘으로 인한 로프의 피로 손상과 미끄러짐을 줄일 수 있다. 관련 수치 기준은 개정될 수 있으므로 최신 승강기 안전기준을 함께 확인하는 것이 좋다.

피트 바닥강도는 약 75341N 이상이어야 한다.

완충기 지지대 아래의 피트 바닥은 카 자중과 정격 적재하중을 합한 값의 4배에 해당하는 정지하중을 견딜 수 있어야 한다.

$F=4\times(P+Q)\times g=4\times(1020+900)\times9.81\approx75341\ \mathrm{N}$

즉 $1920\ \mathrm{kg}$의 4배인 $7680\ \mathrm{kg}$에 중력가속도를 곱한 값이다. 문제에 주어진 정격속도 60m/min은 이 하중식에는 직접 쓰이지 않는 조건이다.

부재에 실제로 작용하는 사용응력은 허용응력 이하이어야 하고, 허용응력은 탄성한도보다 작게 설정하는 것이 안전한 설계의 기본 원칙이다. 즉 크기 순서는 탄성한도>허용응력≥사용응력이다.

탄성한도는 재료가 영구변형 없이 견딜 수 있는 한계응력이고, 허용응력은 여기에 안전율을 적용해 낮춘 설계 기준값이며, 사용응력은 실제 사용 중 부재에 걸리는 응력이다. 안전을 위해서는 사용응력이 허용응력을 넘지 않아야 하고, 허용응력 자체도 탄성한도보다 충분히 낮게 잡아야 한다.

기계대 강도 계산에서 환산동하중은 운행 중 움직이는 부분들의 하중을 동적 효과를 반영해 환산한 것으로, 카 자중·로프 자중·균형추 자중처럼 운행 중 이동하는 부재의 하중이 대상이 된다.

반면 권상기 자중은 기계대에 고정되어 움직이지 않는 정적 하중이므로 환산동하중이 아니라 정하중으로 그대로 반영된다.

신호방식(signal control)은 카의 문 개폐만 운전자의 레버나 누름버튼 조작으로 이루어지고, 진행방향과 정지층의 결정은 미리 등록된 카 내 행선층 버튼이나 승강장 버튼에 의해 자동으로 이루어지는 조작방식이다.

• 단식자동식은 한 번에 하나의 호출에만 응답하는 완전 자동 운전방식이다.
• 군 관리방식은 여러 대의 엘리베이터를 종합적으로 배차·제어하는 방식이다.
• 승합 전자동식은 문 개폐를 포함한 전 과정이 자동으로 이루어지는 방식이다.

엘리베이터용 전동기는 기동토크가 크고 기동전류와 소음은 작아야 하며, 회전부분의 관성모멘트(플라이휠 효과)는 작을수록 가속과 감속에 대한 응답이 빨라져 유리하다.

따라서 "관성모멘트가 클 것"은 전동기의 구비조건에 어긋나는 서술이다.

가이드(주행안내) 레일은 카와 균형추를 승강로 내 정해진 위치로 규제하고, 카의 기울어짐을 방지하며, 비상정지장치(추락방지안전장치) 작동 시 수직하중을 지지하는 역할을 한다.

반면 승강로 자체의 기계적 강도를 보강하는 것은 가이드레일의 역할이 아니다. 가이드레일은 카와 균형추의 운동을 안내·규제하는 부재이지, 승강로 구조체를 보강하는 부재가 아니다.

승강장 도어의 인터록장치는 도어 로크가 확실히 걸린 후에 도어 스위치가 닫히도록 설계되어야 한다. 제시된 서술은 이 순서를 반대로("도어 스위치를 닫은 후에 로크가 걸려야 한다") 표현했으므로 틀린 설명이다.

이는 도어가 기계적으로 완전히 잠기지 않은 상태에서 전기적으로만 닫힘 신호가 발생해 카가 운행되는 것을 막기 위한 안전 원칙이다. 나머지 서술—카가 없는 층의 승강장 도어는 닫혀 있어야 하고, 도어 스위치가 열린 후에 로크가 벗겨져야 하며, 도어가 완전히 닫히지 않으면 엘리베이터가 움직이지 않아야 한다는 것—은 모두 실제 설계 기준과 일치한다.

자동차용 엘리베이터의 카는 유효면적 1㎡당 150kg 이상으로 계산한 값 이상의 적재하중을 가져야 한다는 것이 출제 당시 기준이다.

자동차는 일반 승객보다 단위 면적당 하중이 크고 무게 배분이 불균일할 수 있어, 일반 승객용 엘리베이터보다 높은 단위면적당 하중 기준이 적용된다.

에스컬레이터를 건물 출입구 가까이에 엘리베이터와 인접시켜 설치하면 출입구·엘리베이터 대기 동선과 에스컬레이터 승강 동선이 겹쳐 혼잡을 유발하므로, 출입구나 엘리베이터와는 어느 정도 거리를 두어 배치하는 것이 바람직하다. 따라서 이 서술은 배열·배치 원칙과 맞지 않는다.

반면 승객의 보행거리를 짧게 하고, 각 층 승강장이 자연스럽게 연속 회전되도록 배치하며, 백화점 등에서는 승강·하강 동선이 매장에서 잘 보이도록 하는 것은 실제 배치 원칙에 부합한다.

단순보 중간에 집중하중이 걸릴 때 최대 굽힘 모멘트는 하중점에서 생기며 그 크기는 $M=\dfrac{P_x\,\ell_a\,\ell_b}{\ell}$ 이다.

그림은 왼쪽 지점에서 $\ell_a$, 오른쪽 지점에서 $\ell_b$ 떨어진 C점에 하중 $P_x$ 가 작용하고 전체 지간이 $\ell=\ell_a+\ell_b$ 인 단순보이다.

모멘트 평형에서 왼쪽 지점 반력은 $R_A=\dfrac{P_x\ell_b}{\ell}$ 이므로, 하중점까지 거리 $\ell_a$ 를 곱하면
$M_C=R_A\,\ell_a=\dfrac{P_x\,\ell_a\,\ell_b}{\ell}$

차원으로 확인해도 모멘트는 힘×길이가 되어야 하므로, 하중을 분모에 두거나 길이를 분자·분모로 뒤집은 식은 성립하지 않는다.

미터 인(Meter in) 회로는 유량제어밸브를 실린더로 들어가는 주회로에 직접 삽입해 유입 유량 자체를 제어하는 방식이다.

• 파일럿 회로는 주회로가 아닌 제어신호(파일럿압)를 이용해 밸브 동작을 간접적으로 조절하는 회로이다.
• 바이패스 회로는 주회로에서 갈라져 나간 우회 경로의 유량을 조절해 결과적으로 실린더 유입량을 제어하는 방식이다.
• 블리드 오프 회로는 실린더로 가는 유량의 일부를 탱크로 배출시켜 제어하는 방식으로, 유량을 주회로에서 직접 제어하지 않는다.

초고층 빌딩의 서비스층 분할(조닝)은 건물 설계 단계에서 급행구간과 각 존의 정지층을 확정해 반영하는 것으로, 건물이 완공된 후 인구분포가 크게 변해도 분할점을 간단히 바꿀 수 있는 것은 아니다. 승강로와 운행 계획이 조닝에 맞춰 고정되어 있기 때문이다.

반면 조닝을 통해 일주시간이 짧아지고 수송능력이 늘어나는 점, 급행구간이 생겨 고속성능을 살릴 수 있는 점, 피난안전구역의 로비공간을 검토해 서비스 존을 구분하는 점은 실제 조닝의 효과나 고려사항에 해당한다.

엘리베이터의 균형추(평형추)는 카와 같은 승강로 안에 있어야 하므로, 카와 다른 승강로에 있어야 한다는 서술은 틀린 설명이다.

승강로에는 1대 이상의 카가 있을 수 있고, 승강로는 누수가 없고 청결이 유지되는 구조여야 하며, 승강로 내부의 돌출물은 안전상 지장이 없어야 한다는 나머지 서술은 실제 기준과 일치한다.

엘리베이터 기계실 출입문은 높이 1.8m 이상, 폭 0.7m 이상이어야 한다는 것이 출제 당시 기준이다.

유지보수 작업자가 공구나 부품을 들고 안전하게 드나들 수 있도록 충분한 크기를 확보하기 위한 기준이며, 세부 수치는 개정될 수 있으므로 최신 기준을 함께 확인하는 것이 좋다.

전동기의 전부하토크는 약 7.2 kg·m이다.

전동기 출력과 회전수로부터 토크를 구하는 식 $T=974\times\dfrac{P}{N}$에 $P=11\ \mathrm{kW}$, $N=1500\ \mathrm{rpm}$을 대입하면 $T=974\times\dfrac{11}{1500}\approx7.14\ \mathrm{kg\cdot m}$로, 약 7.2kg·m에 해당한다.

도어머신은 소형·경량이고 보수가 용이하며 가격이 저렴해야 하지만, 반드시 직류 모터를 사용해야 하는 것은 아니며 교류 전동기를 사용하는 경우도 일반적이다. 따라서 "직류 모터를 사용할 것"은 도어머신의 구비조건으로 적절하지 않다.

양은(양백, 백동)은 구리(동)·아연·니켈의 3원 합금이며, 알루미늄이 아닌 아연을 성분으로 한다는 점에서 제시된 서술은 틀렸다.

양은은 내열성·내식성이 우수하고 전기저항이 커서 주로 전류조정용 저항체 등에 사용되며, 백동 또는 양백이라고도 불린다.

안장(saddle) 키는 축은 가공하지 않고 보스에만 1/100 구배의 키홈을 만들어 마찰력만으로 회전력을 전달하는 방식이어서, 큰 힘을 전달하기에는 부적합하다.

• 평(flat) 키는 축의 일부를 평평하게 깎고 보스에도 키홈을 파서 안장키보다 큰 힘을 전달할 수 있다.
• 원뿔(cone) 키는 축과 보스 사이에 원뿔형 부시를 끼워 마찰로 고정하는 방식이다.
• 미끄럼(sliding) 키는 축 방향으로 보스가 이동할 수 있도록 홈을 낸 키이다.

염화비닐 수지(PVC)는 가열하면 연화되고 냉각하면 다시 굳는 열가소성 수지이다.

반면 요소 수지, 멜라민 수지, 실리콘 수지는 한 번 경화되면 다시 가열해도 연화되지 않는 열경화성 수지에 해당한다.

공동현상(캐비테이션)은 유동하는 액체의 압력이 국부적으로 포화증기압 이하로 저하되어 증기나 용존기체를 포함한 기포가 발생하는 현상이다.

수격현상은 유동을 급격히 차단할 때 압력파가 발생하는 현상이고, 서징현상은 유량과 압력이 주기적으로 변동하며 진동하는 현상이며, 초킹현상은 유로에서 유속이 한계에 도달해 더 이상 유량이 증가하지 않는 현상으로, 모두 공동현상과는 구분된다.

0.01mm까지 측정 가능한 일반적인 마이크로미터는 나사의 피치가 0.5mm이고, 딤블(심블)의 눈금이 50등분되어 있어, $0.5\ \mathrm{mm} \div 50 = 0.01\ \mathrm{mm}$의 최소 측정단위를 갖는다.

스프링 상수는 스프링에 작용하는 하중과 그에 따른 변위량의 비로 정의되며, $k=\dfrac{\text{작용하중}}{\text{변위량}}$으로 나타낸다.

코일의 평균지름, 소선의 지름, 자유높이 등은 스프링 상수를 결정하는 구조적 요소이지만, 스프링 상수 자체의 정의식은 아니다.

셸 몰드법은 규사와 열경화성 수지를 이용해 얇은 셸(껍질) 형태의 주형을 만드는 정밀주조법으로, 자동화하기 쉽고 미숙련공도 작업이 가능하며 짧은 시간에 정도 높은 주물을 얻을 수 있어 대량생산에 적합한 방식이다.

따라서 "보통 소량생산 방식에 사용된다"는 서술은 셸 몰드법의 특징과 맞지 않는다.

나사의 바깥지름은 $d=\sqrt{\dfrac{2W}{\sigma_a}}$ 로 구한다.

축 방향 인장하중만 받는 나사는 단면적이 가장 작은 골지름 단면이 하중을 견딘다. 즉 $W=\sigma_a\cdot\dfrac{\pi}{4}d_1^{2}$ 이다.

$d_1=0.8d$ 를 대입하면 $\dfrac{\pi}{4}(0.8d)^2=0.16\pi d^2\approx 0.5d^2$ 이므로 $W\approx\dfrac{\sigma_a d^2}{2}$ 가 된다.

이를 d에 대해 풀면 $d^2=\dfrac{2W}{\sigma_a}$, 곧 $d=\sqrt{2W/\sigma_a}$ 이다. 하중 W가 분자에, 허용인장응력 $\sigma_a$ 가 분모에 와야 하중이 커질수록 지름이 커진다는 물리적 방향과 맞는다.

니켈은 합금강의 강도와 인성을 높이고, 첨가량이 많아지면 내열성이 향상되며, 크롬과 함께 첨가된 고합금강은 내열성·내식성을 향상시킨다.

다만 미량 첨가만으로 소입경화성(담금질성)을 현저히 높이는 효과는 니켈보다는 몰리브덴·붕소 등 다른 합금원소의 특징에 가까우므로, 이 서술이 니켈의 영향으로는 적절하지 않다.

두 축이 30° 미만의 각도로 교차하는 경우에는 유니버설 커플링(자재이음)을 사용해 회전을 전달하는 것이 적합하다.

• 올덤 커플링은 두 축이 평행하지만 약간 어긋나 있을 때 사용한다.
• 셀러 커플링은 두 축을 일직선으로 맞춰 원뿔형 슬리브로 고정하는 방식이다.
• 플랜지 커플링은 두 축 끝에 플랜지를 붙여 볼트로 체결하는, 일직선 축에 사용하는 방식이다.

평행걸기(오픈 벨트) 방식의 평벨트 길이는 약 3975mm이다.

평행걸기 벨트 길이 공식은 $L=2C+\dfrac{\pi(D_1+D_2)}{2}+\dfrac{(D_2-D_1)^2}{4C}$이며, $D_1=300\ \mathrm{mm}$, $D_2=900\ \mathrm{mm}$, $C=1000\ \mathrm{mm}$를 대입하면 다음과 같다.

$L=2(1000)+\dfrac{\pi(300+900)}{2}+\dfrac{(900-300)^2}{4(1000)}=2000+1885+90\approx3975\ \mathrm{mm}$

중실축의 지름은 $D=\left(\dfrac{16P}{\pi\tau}\right)^{\frac{1}{3}}$ 로 구한다.

중실 원형단면의 극단면계수는 $Z_p=\dfrac{\pi D^{3}}{16}$ 이므로, 비틀림 모멘트 P가 작용할 때 생기는 전단응력은 $\tau=\dfrac{P}{Z_p}=\dfrac{16P}{\pi D^{3}}$ 이다.

이 식을 D에 대해 정리하면 $D^{3}=\dfrac{16P}{\pi\tau}$ 이고, 양변에 세제곱근을 취해 $D=\left(\dfrac{16P}{\pi\tau}\right)^{\frac{1}{3}}$ 을 얻는다.

전단응력이 지름의 세제곱에 반비례하므로 지수는 반드시 1/3이어야 하며, 계수 8은 극단면계수를 $\pi D^{3}/8$ 로 잘못 잡았을 때 나오는 값이다.

고속 절삭가공은 절삭능률을 높이고 표면거칠기를 향상시키며(표면이 매끄러워지며) 절삭열이 칩으로 빠르게 빠져나가 공구수명 확보에 유리한 장점이 있고, 가공 변질층은 오히려 감소하는 경향을 보인다.

따라서 "가공 변질층이 증가"한다는 서술은 고속 절삭가공의 실제 특징과 반대된다.

동일한 단면·길이·재질의 기둥형 구조물 중에서는 일단고정 타단자유(외팔보, 캔틸레버) 형태가 지지점이 하나뿐이어서 구속이 가장 약해, 처짐량이 가장 크다.

양단 고정이나 일단고정 타단회전, 양단 회전 형태는 지지점에서 변위나 회전이 추가로 구속되므로, 같은 하중에서도 처짐량이 외팔보보다 작게 나타난다.

블랭킹·펀칭·트리밍은 재료를 펀치와 다이 사이에서 절단해 형상을 얻는 전단가공에 해당하지만, 스웨이징(swaging)은 재료를 압축·타격해 단면을 성형하는 소성가공으로 전단가공에 포함되지 않는다.

하중의 크기와 방향이 시간에 따라 주기적으로 바뀌는 하중을 교번하중이라 한다.

반복하중은 방향은 그대로인 채 크기만 반복적으로 가해지는 하중이고, 이동하중은 작용 위치가 이동하는 하중이며, 충격하중은 짧은 시간에 급격히 작용하는 하중이라는 점에서 구분된다.

순간적으로 작용하는 충격하중은 정하중보다 훨씬 큰 응력을 순간적으로 유발하므로, 연강재 구조물 설계 시 다른 하중 형태보다 안전율을 가장 크게 잡아야 한다.

전단하중·교번하중·반복하중도 안전율을 고려하지만, 충격적 작용의 불확실성과 파괴 위험이 가장 크다는 점에서 충격하중의 안전율 기준이 높다.

유공압 도면기호(KS 기준)에서 파선은 필터, 드레인관로, 파일럿(제어)조작관로 등 보조적인 기능을 나타내는 선으로 사용된다.

전기신호선은 파선이 아니라 별도의 표기 방식을 사용하므로, 파선의 용도로 보기 어렵다.

축동력은 수동력을 펌프 효율로 나누어 구하며, 계산 결과는 약 6.13kW이다.

수동력은 $L_w = \dfrac{\gamma Q H}{102}$이며 $\gamma=1000\ \mathrm{kgf/m^3}$, $Q=10/60\ \mathrm{m^3/s}$, $H=3\ \mathrm{m}$를 대입하면 $L_w \approx 4.90\ \mathrm{kW}$이다.

축동력은 여기에 효율 80%를 나눠주므로 $L = 4.90/0.8 \approx 6.13\ \mathrm{kW}$이다.

이 용접이음의 굽힘응력은 $\sigma=\dfrac{6W\ell}{t^{2}L}$ 로 계산한다.

그림에서 하중 W는 용접선에서 $\ell$ 만큼 떨어진 위치에 판면과 직각 방향으로 작용하므로, 용접부가 받는 굽힘모멘트는 $M=W\ell$ 이다.

굽힘에 저항하는 용접부 단면은 용접길이 L을 폭, 용접치수 t를 높이로 하는 직사각형이므로 단면계수는 $Z=\dfrac{Lt^{2}}{6}$ 이다.

따라서 $\sigma=\dfrac{M}{Z}=\dfrac{W\ell}{Lt^{2}/6}=\dfrac{6W\ell}{t^{2}L}$ 이다. 분모에서 제곱이 붙는 쪽은 용접길이 L이 아니라 용접치수 t이며, 분모가 $tL^{2}$ 인 식은 폭과 높이를 뒤바꾼 것, 계수가 12인 식은 단면계수를 $Lt^{2}/12$ 로 절반만큼 작게 잡은 형태다.

정상상태에서 잔류편차(offset)가 남는 제어 동작은 비례 동작(P 동작)이다.

비례동작은 편차에 비례한 조작량만 내보내므로 부하가 걸리면 목표값과 완전히 같아지지 못하고 일정한 오차가 남는다.

적분 요소가 포함된 I·PI·PID 동작은 시간이 지나면서 편차를 누적 보정해 정상상태 잔류편차를 없앨 수 있다.

이 회로의 논리식은 $\overline{X}\cdot\overline{Y}+X\cdot Y$ 이다.

왼쪽 가지는 a접점 X와 a접점 Y가 직렬로 이어져 있어 두 접점이 모두 동작해야 통전되므로 $X\cdot Y$ 를 나타낸다.

오른쪽 가지는 b접점 X와 b접점 Y가 직렬이므로 두 입력이 모두 동작하지 않을 때만 통전되어 $\overline{X}\cdot\overline{Y}$ 가 된다.

두 가지가 병렬로 묶여 있으므로 논리합이 되어 $X\cdot Y+\overline{X}\cdot\overline{Y}$, 즉 두 입력이 서로 같을 때만 출력이 나오는 일치회로(XNOR)다. 곱 형태인 $(\overline{X}+\overline{Y})(X+Y)$ 는 전개하면 $X\overline{Y}+\overline{X}Y$ 가 되어 정반대인 배타적 논리합이므로 같지 않다.

인버터로 유도전동기의 속도를 제어하면서 최대토크를 일정하게 유지하려면 공급전압과 주파수를 비례시키는 V/f 일정제어를 적용해야 한다.

주파수만 바뀌고 전압이 그대로면 자속이 변해 토크 특성이 무너지므로, 자속을 일정하게 유지하기 위해 전압도 주파수에 비례해 함께 조절한다.

역률은 $\cos\theta = \dfrac{P}{\sqrt{P^2+Q^2}}$로 구한다.

유효전력 80W, 무효전력 60var를 대입하면 $\cos\theta = \dfrac{80}{\sqrt{80^2+60^2}} = \dfrac{80}{100} = 0.8$이므로 역률은 80%이다.

△(델타) 결선에서는 상전압과 선간전압이 같으므로 상전류부터 구한다.

임피던스 크기는 $|Z| = \sqrt{40^2+30^2} = 50\ \Omega$이므로 상전류는 $I_p = 200/50 = 4\ \mathrm{A}$이다.

델타 결선의 선전류는 상전류의 $\sqrt{3}$배이므로 $I_l = 4\sqrt{3}\ \mathrm{A}$가 된다.

저항에서 발생한 열량은 약 460.8 cal이다.

스위치를 닫은 시간은 2분, 즉 120초이고 그 동안 A지점을 통과한 전하가 240 C이므로 회로에 흐른 전류는 $I=\dfrac{Q}{t}=\dfrac{240}{120}=2\,\mathrm{A}$ 이다.

회로의 저항은 그림에서 4 Ω 하나뿐이므로 발생 열량은 $H=I^{2}Rt=2^{2}\times4\times120=1920\,\mathrm{J}$ 이다.

1 J ≒ 0.24 cal 이므로 $H=1920\times0.24=460.8\,\mathrm{cal}$ 이 된다. 시간을 반드시 초로 환산해 전류를 먼저 구하는 것이 이 문제의 관건이다.

직류전동기의 대표적 속도 제어방식은 계자 제어이며, 계자전류를 조절해 자속을 바꿈으로써 속도를 제어한다.

• 주파수 제어와 극수 변환 제어, 슬립 제어는 모두 교류(유도)전동기의 속도 제어방식이다.

(a)는 출력을 받아 비교부로 되돌려 보내는 검출부에 해당한다.

그림에서 (a)는 출력 신호가 갈라져 들어가고 그 결과가 가감기의 (−) 입력으로 연결되는 되먹임 경로에 놓여 있다. 제어량을 측정해 기준입력과 비교할 수 있는 형태의 신호로 바꾸어 주는 요소가 바로 이 자리에 온다.

비교부는 두 신호가 만나 편차를 만드는 원형 가감기 자리이고, 조절부는 그 편차를 받아 제어신호를 만드는 앞쪽 사각형, 조작부는 제어신호로 제어대상을 실제로 움직이는 요소로 셋 다 전향 경로에 위치한다.

전체 전달함수는 $\dfrac{C(s)}{R(s)}=\dfrac{G_1(s)G_2(s)}{1+G_2(s)H_2(s)+G_1(s)G_2(s)H_1(s)}$ 이다.

먼저 안쪽 루프부터 정리한다. $G_2$ 가 $H_2$ 로 부궤환되어 있으므로 이 부분의 등가 전달함수는 $\dfrac{G_2}{1+G_2H_2}$ 이다.

그러면 전향경로가 $G_1\cdot\dfrac{G_2}{1+G_2H_2}$, 되먹임이 $H_1$ 인 하나의 부궤환 루프가 되므로 $\dfrac{C}{R}=\dfrac{\frac{G_1G_2}{1+G_2H_2}}{1+\frac{G_1G_2H_1}{1+G_2H_2}}$ 이고, 분모·분자에 $(1+G_2H_2)$ 를 곱하면 $\dfrac{G_1G_2}{1+G_2H_2+G_1G_2H_1}$ 가 된다.

결국 분자는 전향경로의 곱, 분모는 1에 각 루프이득을 더한 것이라는 형태가 되므로, 두 루프이득 $G_2H_2$ 와 $G_1G_2H_1$ 을 찾아 더하면 바로 답을 쓸 수 있다.

폐루프 제어시스템에서 제어대상이 만들어내는 출력을 제어량이라 한다.

목표값은 원하는 기준 입력이고, 조작량은 제어요소가 제어대상에 가하는 신호이며, 동작신호는 목표값과 제어량의 차이(편차)를 뜻하므로 출력 그 자체와는 구분된다.

간단히 하면 $\overline{x}$ 가 된다.

두 항 모두 $\overline{x}$ 를 공통인수로 가지므로 묶어내면 $\overline{x}\cdot y+\overline{x}\cdot\overline{y}=\overline{x}\,(y+\overline{y})$ 이다.

보원법칙에 의해 $y+\overline{y}=1$ 이므로 $\overline{x}\cdot 1=\overline{x}$ 만 남는다. 즉 y의 값과 관계없이 x가 0일 때만 1이 되는 식이다.

제어계에서 제어요소(조절부+조작부)가 제어대상에 인가하는 신호를 조작량이라 한다.

기준입력은 목표값에 대응하는 신호이고, 동작신호는 기준입력과 되먹임신호의 차이이며, 제어량은 제어대상의 출력이므로 제어요소가 대상에 주는 신호와는 구분된다.

동일한 정전용량 $C$인 커패시터 10개를 병렬로 연결하면 합성 정전용량은 $C_p = 10C$이고, 직렬로 연결하면 $C_s = C/10$이다.

두 값의 비는 $\dfrac{C_p}{C_s} = \dfrac{10C}{C/10} = 100$이므로 병렬 합성 정전용량은 직렬 합성 정전용량의 100배가 된다.

등가 회로는 A 입력에 반전 표시가 붙고 출력에도 반전 표시가 붙은 OR 게이트다.

문제의 회로는 AND 게이트이면서 B 입력에만 반전 표시가 있으므로 출력은 $Y=A\cdot\overline{B}$ 이다.

여기에 드모르간 정리를 적용하면 $A\cdot\overline{B}=\overline{\overline{A}+B}$ 이므로, A를 반전시켜 B와 논리합한 뒤 그 결과를 다시 반전시킨 회로와 완전히 같아진다. AND와 OR을 바꾸면서 입력과 출력의 반전을 모두 뒤집는 것이 드모르간 변환의 요령이다.

• 출력에만 반전이 붙은 OR 게이트는 $\overline{A+B}=\overline{A}\cdot\overline{B}$ 로, 두 입력이 모두 0일 때만 1이 된다.
• 두 입력이 모두 반전된 OR 게이트는 $\overline{A}+\overline{B}=\overline{A\cdot B}$ 로 NAND와 같다.
• A 입력에만 반전이 붙고 출력에는 반전이 없는 OR 게이트는 $\overline{A}+B$ 로, 원래 식의 보수에 해당한다.

이 회로의 전달함수는 $\dfrac{V_2(s)}{V_1(s)}=\dfrac{1}{0.2s+1}$ 이다.

그림은 저항 0.1 MΩ 이 직렬로 놓이고 2 μF 커패시터 양단에서 출력을 뽑는 RC 적분(저역통과) 회로다. 분압 관계로 $\dfrac{V_2(s)}{V_1(s)}=\dfrac{1/Cs}{R+1/Cs}=\dfrac{1}{RCs+1}$ 이 된다.

시정수를 계산하면 $RC=(0.1\times10^{6})\times(2\times10^{-6})=0.2\,\mathrm{s}$ 이므로 전달함수는 $\dfrac{1}{0.2s+1}$ 이다.

분자에 s가 들어간 형태는 저항 양단에서 출력을 뽑는 미분(고역통과) 회로의 전달함수이므로, 커패시터 양단 출력인 이 회로에서는 분자가 상수 1이어야 한다.

선전류의 크기는 $I = \dfrac{P}{\sqrt{3}\,V\cos\theta} = \dfrac{10000}{\sqrt{3}\times200\times0.8} \approx 36.1\ \mathrm{A}$이다.

역률이 뒤진(지상) 80%이므로 전압을 기준(실수축)으로 하면 전류는 $\cos\theta - j\sin\theta$ 방향, 즉 $I \approx 36.1\times(0.8-j0.6) \approx 28.8-j21.6\ \mathrm{A}$로 표시된다.

각주파수는 $\omega=377\ \mathrm{rad/s}$이며, 유도성 리액턴스와 용량성 리액턴스를 각각 구해 그 차로 회로의 리액턴스를 얻는다.

$X_L = \omega L = 377\times0.02 \approx 7.5\ \Omega$, $X_C = \dfrac{1}{\omega C} = \dfrac{1}{377\times47\times10^{-6}} \approx 56.4\ \Omega$이다.

따라서 $X = X_L - X_C \approx 7.5-56.4 = -48.9\ \Omega$이므로 리액턴스의 크기는 약 48.9Ω이다.

전류계의 측정범위를 넓히기 위해 계기에 저항을 병렬로 연결하는 소자를 분류기라 한다.

배율기는 전압계의 측정범위를 넓히기 위해 직렬로 연결하는 저항이므로 전류계용 소자와는 다르다.

전기력선은 방향이 전계와 일치하고 전위가 높은 점에서 낮은 점으로 향하며, 그 밀도가 전계의 세기를 나타낸다는 것은 모두 옳은 성질이다.

반면 전기력선은 전하가 없는 임의의 점에서도 서로 교차하지 않는다는 것이 기본 성질이므로, 전하가 없는 곳에서 교차한다는 설명은 틀린 내용이다.

먼저 저항값을 구하면 $R = \dfrac{V^2}{P} = \dfrac{200^2}{1000} = 40\ \Omega$이다.

정격전압의 90%인 $180\ \mathrm{V}$를 가하면 소비전력은 $P' = \dfrac{180^2}{40} = 810\ \mathrm{W}$가 된다.