18년 2회차

엘리베이터의 메인 브레이크는 전류가 차단되면 제동력이 발생하는 구조이므로, 코일에 전류가 공급되면 제동력이 발생한다는 설명은 옳지 않다.

정상 운행 중에는 브레이크 코일에 전류를 흘려 전자석의 힘으로 라이닝을 개방하고, 정전이나 고장으로 전류가 차단되면 스프링 힘에 의해 라이닝이 조여 제동력이 발생하는 페일세이프 구조이다.

• 브레이크 라이닝은 화재 시 안전을 위해 불연성이어야 한다.
• 브레이크 전류 차단은 2개 이상의 독립된 전기장치로 이루어져야 신뢰성을 확보할 수 있다.
• 정격속도로 정격하중의 125%를 싣고 하강 중에도 구동기를 정지시킬 수 있는 제동능력을 가져야 한다.

그림은 펌프와 실린더 사이 공급 라인에 유량제어밸브가 직렬로 놓인 미터인(meter-in) 회로이므로, 효율이 비교적 좋다는 서술만 이 회로의 설명이 될 수 없다.

회로를 보면 펌프에서 나온 관로가 유량제어밸브를 거쳐 실린더 하부로 들어가고, 펌프 토출측에는 안전밸브가 병렬로 달려 있다. 유량제어밸브로 조인 만큼 남는 유량은 전부 안전밸브를 통해 탱크로 방출되므로 그 몫의 동력이 열로 버려진다.

즉 실린더 입구 유량을 직접 조절하는 방식이라 속도 제어는 정확하지만 효율은 나쁘다. 유량제어밸브를 펌프와 실린더 사이에 삽입해 직접 제어한다는 서술과 미터인 회로라는 명칭은 그림 그대로의 사실이다.

유압엘리베이터는 건물의 높이와 속도에 한계가 있어 초고속 엘리베이터에는 사용되지 않는다. 따라서 초고속 엘리베이터에 주로 사용된다는 설명은 옳지 않다.

유압엘리베이터는 모터로 유압펌프를 구동해 오일이 플런저를 밀어 올려 카를 상승시키고, 하강 시에는 펌프를 구동하지 않고 밸브만 제어하여 자중으로 내려오는 방식이다.

사이리스터(SCR)를 이용해 직류 전동기의 속도를 제어하는 방식은 정지 레오나드 방식이다.

• 워드 레오나드 방식은 발전기와 전동기를 조합해 전압을 가변시키는 방식으로, 사이리스터를 사용하지 않는다.
• 교류 2단 속도제어방식과 가변전압가변주파수(VVVF) 제어방식은 교류전동기 제어방식이다.

조속기(과속조절기) 로프는 카가 과속될 때 비상정지장치를 작동시켜야 하므로, 그 끝을 비상정지장치의 작동암에 고정한다.

조속기가 설정속도 이상을 감지하면 조속기 로프가 당겨지고, 이 로프에 연결된 비상정지장치 암이 작동해 레일을 붙잡아 카를 정지시킨다.

기어드형 권상기에서 엘리베이터의 속도는 시브의 직경, 기어의 감속비, 권상모터의 회전수에 의해 결정되며, 로프의 직경은 속도 결정과 관계가 없다.

로프의 직경은 권상능력이나 로프의 안전율 등 하중을 지지하는 강도 측면에서 결정되는 값이지, 카의 이동속도를 좌우하는 요소가 아니다.

직접식 유압엘리베이터는 플런저가 카를 직접 떠받치는 구조이므로 비상정지장치가 필요하지 않다. 따라서 비상정지장치가 필요하다는 설명은 옳지 않다.

플런저 자체가 실린더 안에서 카를 지지하므로 로프식처럼 로프 파단에 대비한 비상정지장치를 둘 필요가 없다.

• 부하에 의한 카 바닥의 빠짐(처짐)이 적고, 실린더 보호관을 지중에 매설해야 하며, 승강로 소요 평면 치수가 작고 구조가 간단한 것은 직접식의 특징이다.

승강장 바닥과 카 바닥 사이의 틈새를 35mm 이하로 하는 일반 기준은 장애인용 엘리베이터에는 적용하지 않는다.

장애인용 엘리베이터는 휠체어 이용자의 안전한 승하차를 위해 일반 기준과 다른 별도의 틈새 기준(출제 당시 기준)이 적용된다.

로프에 걸리는 장력은 로핑비가 커질수록 하중이 여러 가닥의 로프에 나뉘어 걸리므로 작아지며, 제시된 방식 중에서는 4:1 로핑일 때 로프에 걸리는 장력이 가장 적다.

로핑비가 n:1이면 카(또는 균형추)를 지지하는 로프 가닥 수가 n배가 되어, 로프 1가닥에 걸리는 장력은 대략 하중의 1/n로 줄어든다.

빈칸에 들어갈 값은 125이다.

브레이크 시스템은 카가 정격속도로 정격하중의 125%를 싣고 하강할 때 구동기를 정지시킬 수 있어야 한다. 정격하중 그대로가 아니라 25%의 여유를 더한 조건으로 정한 것은, 초과 적재나 마찰면 성능 저하 같은 불리한 상황에서도 카를 확실히 붙잡아 두기 위해서다.

하강방향을 기준으로 삼는 이유도 같은 맥락이다. 하강 시에는 카 측 하중이 균형추보다 무거워 제동에 가장 불리하므로, 그 상태에서 정지시킬 수 있어야 제동 능력이 검증된다. 출제 당시 안전기준의 수치이며 기준 개정 시에는 개정된 값을 따른다.

VVVF 제어방식에서 발생하는 회생전력은 회생저항을 통해 열로 소비시키는 방식뿐 아니라 전원측으로 되돌려 재사용하는 회생컨버터 방식도 있으므로, 회생전력을 모두 저항으로 소비한다는 설명은 옳지 않다.

VVVF는 컨버터로 교류를 직류로 바꾸고 인버터로 다시 가변전압·가변주파수의 교류로 바꾸어 유도전동기에 인가하는 방식이다.

• 컨버터는 주로 사이리스터를, 인버터는 주로 트랜지스터나 IGBT를 사용한다.

도어머신은 보수의 용이성 때문에 최근에는 AC모터(교류 전동기)를 사용하므로, 보수를 용이하게 하기 위해 DC모터를 사용한다는 설명은 옳지 않다.

과거에는 속도제어가 쉬운 DC모터를 사용했으나 브러시와 정류자가 마모되어 보수 부담이 크기 때문에, 인버터 제어기술의 발달과 함께 브러시가 없는 AC모터로 대체되었다.

• 도어머신은 작동이 원활하고 소음이 없어야 하며, 작동횟수가 엘리베이터 기동횟수의 2배 정도로 많아 보수가 쉬워야 한다.
• 감속장치는 기어에 의한 방식 외에 벨트나 체인에 의한 방식도 사용된다.

로프의 권부각(감아걸림각)이 클수록 도르래와 로프 사이의 마찰력이 커져 미끄러지기 어려워진다. 따라서 권부각이 크면 미끄러지기 쉽다는 설명은 옳지 않다.

트랙션 방식은 도르래 홈과 로프 사이의 마찰력으로 동력을 전달하므로, 권부각이 클수록 트랙션 능력이 향상되어 미끄러짐이 줄어든다.

• 헬리컬기어드 권상기는 웜기어드 권상기보다 전달효율이 높고, 웜기어드 권상기는 상대적으로 소음이 작다.
• 주로프용 도르래의 피치지름은 로프지름의 40배 이상으로 하는 것이 기준이다.

스크류식은 나사봉을 회전시켜 카를 승강시키는 기계식 방식으로, 유압을 이용하지 않으므로 유압식 승강기에 해당하지 않는다.

직접식·간접식·팬터그래프식은 모두 오일의 유압으로 플런저를 움직여 카를 승강시키는 유압식 승강기의 종류이다.

에스컬레이터의 적재하중을 산출할 때는 층고, 디딤판(스텝)의 폭, 디딤판의 수평 투영 단면적 등을 이용하며, 반력점간거리는 적재하중 산출에 필요한 사항이 아니다.

반력점간거리는 구조체의 지지 조건과 관련된 값으로, 스텝 위에 실리는 하중 자체를 계산하는 것과는 직접 관계가 없다.

기계실의 위치는 승강로의 최상부뿐 아니라 최하부나 측면 등에도 설치할 수 있으므로, 기계실이 항상 승강로 최상부 쪽에 설치되어야 한다는 설명은 옳지 않다.

기계실은 설치 위치와 무관하게 건축물의 다른 부분과 출입문으로 격리되어야 하고, 작업구역의 유효높이는 2m 이상 확보해야 하며, 기둥·벽·천장은 기기의 보수·수리를 위해 기기와 일정 거리를 두어야 한다.

록다운(lock-down) 비상정지장치는 보상로프를 사용하는 고속 엘리베이터에서, 비상정지장치가 작동해 카가 급정지할 때 피트의 보상로프 인장 도르래가 튀어오르는 것을 막기 위해 도르래를 눌러 고정하는 장치이다.

정격속도가 빠른 승강기(240 m/min 이상)에 적용되고, 순간정지식으로 동작하며, 동작 여부를 감지해 운행을 정지시키는 스위치를 갖추어야 한다.

반면 피트 바닥의 강도는 카나 균형추가 완충기에 작용할 때 부과되는 하중으로 정해지는 별개의 요건이므로, 록다운 장치를 설치한다고 해서 균형추 직하부의 피트 바닥 보강을 생략할 수 있는 것은 아니다.

전기식 엘리베이터에서 구동 도르래(시브)의 유효지름은 로프의 수명과 마모를 고려해 정해지며, 주로프 공칭지름의 40배 이상이어야 한다는 것이 승강기 안전기준의 요건이다.

도르래 지름이 로프 지름에 비해 지나치게 작으면 로프가 굽힘을 반복하며 피로가 빨리 진행되어 수명이 단축되므로, 이 비율을 최소 기준으로 두고 있다.

엘리베이터용 인터폰은 카 내부와 기계실·관리실·방재센터 사이의 비상 통화를 위한 설비이며, 정전에도 작동하도록 충전용 배터리를 전원으로 사용한다.

안내방송처럼 일방적으로 정보를 전달하는 방송설비와는 목적이 다르다. 인터폰은 양방향 통화 기능이 핵심이며, 관리실 등에서 응답이 없으면 외부로 자동 연결되어야 한다.

따라서 방재센터 등에서 안내방송 용도로 쓰인다는 설명은 인터폰 본연의 기능과 맞지 않는다.

더블랩(double wrap)은 주로프를 구동 도르래에 두 번 감아 로프와 도르래의 접촉각(권부각)을 크게 함으로써 견인력(트랙션)을 높이는 로핑 방법이다.

큰 구동력과 안정적인 트랙션이 필요한 고속 승객용 엘리베이터에 주로 채택되며, 저속·중속 엘리베이터는 통상 싱글랩만으로도 충분한 트랙션을 확보할 수 있다.

단식자동식·승합전자동식·하향승합자동방식은 모두 1대의 승강기가 스스로 호출에 응답해 운행하는 자동운전방식의 종류이다.

반면 군 관리방식은 여러 대의 승강기를 하나의 그룹으로 묶어 종합적으로 배차·제어하는 방식으로, 1대를 대상으로 하는 조작방식 분류에 속하지 않는다.

비상용 승강기는 화재 등 비상 시 소방대가 사용할 수 있어야 하므로, 정전이나 화재로 인한 전원 차단에도 기능이 유지되어야 한다.

이 때문에 보조 전원공급장치는 화재로부터 보호되도록 방화구획된 장소에 설치하는 것이 원칙이며, 방화구획 밖에 두어도 된다는 설명은 비상용 승강기의 요건과 맞지 않는다.

승강로가 방화구획된 로비를 갖추고, 소방운전 시 모든 층에 정지할 필요가 없으며, 운행속도가 $1\,\mathrm{m/s}$ 이상이어야 한다는 나머지 설명은 비상용 승강기의 일반적 요건에 부합한다.

안전율은 로프 전체의 파단하중을 로프가 지탱하는 하중의 합으로 나눈 값이므로, 분자에 로프 본수 N과 1본당 절단하중 P가 곱해지고 분모가 W+Wc+Wr의 합으로 된 식이 옳다.

분모의 의미부터 보면, 매다는 장치에 실제로 걸리는 정하중은 적재하중 W와 카 자중 Wc, 로프 자중 Wr을 모두 더한 값이다. 분자는 로프 한 본이 견디는 절단하중 P에 본수 N을 곱해야 전체가 견디는 하중이 된다.

• 분모를 W·Wc·Wr처럼 곱으로 쓴 식은 성립하지 않는다. 하중은 합산되는 양이지 서로 곱해지는 양이 아니다.
• 분자를 N+P처럼 더한 식도 틀리다. 본수와 1본당 하중을 더하면 차원이 맞지 않아 파단하중이 되지 않는다.
• 분자를 W+N+P로 놓고 분모를 Wc+Wr로만 둔 식은 하중과 파단하중을 뒤섞은 데다 적재하중 W가 분자로 가 있어 안전율의 정의와 어긋난다.

효율은 출력을 입력으로 나눈 백분율이므로 (입력 − 손실)을 입력으로 나눈 식이 옳다.

전동기에 공급된 전기입력에서 철손·동손·기계손 등 모든 손실을 뺀 것이 축에서 나오는 기계적 출력이다. 즉 출력 = 입력 − 손실이므로 효율 = (입력 − 손실)/입력 × 100%가 된다.

• 분모를 손실로 놓은 식은 손실이 작아질수록 값이 무한히 커져 효율의 정의에 맞지 않는다.
• 분자를 손실 − 입력으로 뒤집은 식은 손실이 입력보다 작은 정상 상태에서 값이 음수가 되어 성립하지 않는다.

권상기의 구동 토크는 로프 장력과 도르래 반경의 곱으로 결정되므로, 주 도르래의 직경을 작게 설계하면 같은 하중을 들어올리는 데 필요한 토크(브레이크 제동 토크 포함)는 오히려 작아진다.

대신 같은 로프 속도를 내기 위한 도르래 회전수는 빨라지고, 권상기 전체 크기는 작아져 소형화에 유리하다. 로프 안전율 확보를 전제로 로프 지름도 함께 줄어들 수 있다.

따라서 도르래 직경을 작게 하면 브레이크 제동 토크가 커진다는 설명은 토크와 반경의 관계와 반대되는 내용이다.

도어클로저는 열린 도어를 자동으로 닫아주는 장치로, 방식에 따라 웨이트(추)식, 스프링식, 레버·와이어식 등으로 나뉜다.

이 중 레버시스템과 코일스프링, 도어체크(완충 장치)를 조합한 방식을 스프링 클로저 방식이라 하며, 스프링의 복원력으로 문을 닫되 도어체크로 닫히는 속도를 완충하는 구조이다.

유입식 완충기는 카가 정격하중을 싣고 정격속도의 115%의 속도로 자유낙하하여 충돌할 때, 평균 감속도가 $1g_n$ 이하가 되도록 설계해야 한다는 것이 성능시험의 기본 요건이다.

재료의 안전율(신율 조건별 기준), 플런저 복귀시간, 비상정지장치 동작속도에서의 충격강도 등도 각각 별도의 기준으로 정해져 있으며, 제시된 나머지 조건들은 실제 기준값과 차이가 있어 유입식 완충기 설계 요건으로 옳지 않다.

오버헤드(OH)는 카가 최상층에 정지했을 때 카 상부에서 승강로 천장까지 확보해야 하는 여유 공간으로, 카틀 높이에 꼭대기 틈새를 더한 값으로 구한다.

$OH = 3.4\,\mathrm{m} + 1.4\,\mathrm{m} = 4.8\,\mathrm{m}$

기계실 높이나 출입구 높이는 OH 산정과 직접 관련이 없는 값으로, 계산에 포함되지 않는다.

관계식 $E=\dfrac{\sigma}{\varepsilon}$에서 $\sigma$는 응력(하중을 단면적으로 나눈 값), $\varepsilon$은 변형률이며, $E$는 종탄성계수(영률, Young's modulus)이다.

횡탄성계수는 전단응력과 전단변형률의 비로 정의되는 별개의 물성값($G$)이므로, $E$를 횡탄성계수라 부르는 것은 틀린 설명이다.

트랙션비는 카측 로프가 매다는 중량과 균형추측 로프가 매다는 중량의 비로, 값이 작을수록(1에 가까울수록) 두 쪽의 중량차가 작아 트랙션 능력(미끄러짐에 대한 안전성)은 오히려 좋아진다.

트랙션비가 커지면 카측과 균형추측의 중량차가 커져 전동기는 그 차이를 감당할 더 큰 출력이 필요해지므로, 트랙션비가 커질수록 전동기 출력이 낮아질 수 있다는 설명은 실제 관계와 반대된다.

트랙션비 계산에는 적재하중, 카 자중, 로프 중량, 오버밸런스율 등을 종합적으로 고려한다.

전기식 엘리베이터의 주로프는 카 1대에 대해 3본(권동식은 2본) 이상을 사용해야 하고, 안전율은 12 이상을 확보해야 하며, 로프 끝은 1본마다 로프소켓에 바빗트 채움을 하거나 체결식 소켓으로 고정해야 한다.

다만 로프의 공칭지름 최소 기준은 승강기 안전기준이 정한 조건에 따라 달라지므로, 예외 없이 '항상 12mm 이상'이라고 단정하는 것은 실제 기준과 맞지 않는 설명이다.

평균 운전간격은 카가 기준층을 출발하는 시간 간격으로, 건물 용도에 따라 요구되는 수준이 다르다.

사무실 건물처럼 출근 시간대에 교통수요가 한꺼번에 몰리는 곳은 짧은 운전간격이 요구되지만, 공동주택(아파트)은 이용 시간이 상대적으로 분산되고 대기에 대한 요구 수준도 낮아 긴 간격이 허용된다.

이 때문에 아파트의 평균 운전간격은 60~90초 정도를 적합한 기준으로 본다.

베어링 메탈은 축과 지속적으로 접촉·마찰하는 부품이므로, 축보다 무르면서도 내마모성이 있는 재료를 사용하는 것이 일반적이다. 이는 마모가 값비싼 축이 아니라 상대적으로 교체가 쉬운 베어링 메탈 쪽에서 일어나도록 하기 위함이다.

따라서 축과의 마찰계수가 작고 열전도가 잘 되며 제작이 쉽고 내부식성이 있어야 한다는 조건은 맞지만, 축보다 단단한 강도를 가져야 한다는 것은 베어링 메탈의 일반적 구비조건과 반대되는 설명이다.

전 예상 정지수는 정지 확률로부터 $S = n\left\{1-\left(\dfrac{n-1}{n}\right)^{r}\right\}$ 로 구한다. 여기서 $n$은 기준층을 제외한 서비스 층수, $r$은 실제 탑승 인원이다.

지상 15층이므로 기준층을 제외하면 $n = 14$이고, 정원 10인승에서 실제 탑승 인원은 정원의 80%로 보아 $r = 8$이 된다.

$S = 14\left\{1-\left(\dfrac{13}{14}\right)^{8}\right\} = 14 \times (1-0.553) \approx 6.3$

가이드레일의 규격은 길이 1m당 중량(kg)을 K로 나타내어 구분하며, 표준 규격은 8K, 13K, 18K, 24K, 30K 등이다.

따라서 1K·3K·5K는 실제로 사용되는 규격이 아니고, 승객용 엘리베이터의 카측에 사용할 수 있는 최소 크기는 8K이다. 카 자중과 적재하중이 클수록 더 큰 규격의 레일을 선정한다.

깎인 면의 폭은 $\dfrac{a}{2}=\dfrac{d}{2}\sin\dfrac{\beta}{2}$ 로 구한다.

그림에서 d는 홈에 얹힌 로프의 지름, β는 홈 아래쪽을 파낸 언더컷의 사잇각, a는 언더컷 때문에 로프가 시브에 닿지 않는 구간의 폭이다. 로프 단면 원의 중심에서 언더컷 양 끝을 이으면 두 변이 반지름 d/2이고 끼인각이 β인 이등변삼각형이 되며, 밑변이 바로 a다.

이 삼각형을 꼭짓각의 이등분선으로 반으로 자르면 빗변 d/2, 밑변 a/2, 끼인각 β/2인 직각삼각형이 나온다. 따라서 $\dfrac{a}{2}=\dfrac{d}{2}\sin\dfrac{\beta}{2}$ 이고, 정리하면 $a = d\sin\dfrac{\beta}{2}$ 가 된다.

각을 반으로 나누지 않고 $\sin\beta$ 를 그대로 쓴 식은 이등변삼각형을 절반으로 자르는 단계를 빠뜨린 것이고, 지름에 3을 곱한 식은 이 직각삼각형 관계에서 나올 수 없는 계수다.

비상용 승강기는 화재 시 소방대의 사용을 전제로 하므로, 평상시에는 각 층 승강장에서 카를 호출할 수 있어야 신속한 대피·이동에 활용될 수 있다.

승강장에서 카를 부르는 장치를 반드시 피난층에만 설치해야 한다는 것은 이런 용도와 맞지 않으며, 소방운전으로 전환되었을 때 비로소 피난층 등 정해진 층에서만 호출이 우선되는 것이 일반적이다.

전선관·박스의 방수 구조, 카 위 전기장치의 방적 커버·물빼기 구멍, 공용 승강로의 내화규정 준수 등 나머지 항목은 비상용 승강기의 설계 시 고려사항으로 타당하다.

가이드레일은 통상 일반 압연강재(예: SS41 계열)로 제작되며, 설계 계산에서 널리 쓰이는 허용응력 값은 $2400\,\mathrm{kg/cm^2}$ 수준이다.

이 값을 기준으로 좌굴·굽힘 등에 대한 레일의 안전성을 검토하여 레일의 규격을 선정한다.

정격속도 $90\,\mathrm{m/min} = 1.5\,\mathrm{m/s}$인 승강기에서, 조속기 트립속도는 정격속도의 1.4배이므로 완충기에 충돌하는 속도는 다음과 같다.

$v = 1.5 \times 1.4 = 2.1\,\mathrm{m/s}$

완충기가 동작한 시간이 0.3초이므로 평균 감속도는 $a = \dfrac{v}{t} = \dfrac{2.1}{0.3} = 7\,\mathrm{m/s^2}$이다.

이를 중력가속도 $g_n = 9.8\,\mathrm{m/s^2}$로 나누면 $\dfrac{7}{9.8} \approx 0.714\,g_n$으로, 이 값이 완충기의 평균 감속도가 된다.

원형축이 비틀림을 받을 때 최대전단응력은 지름의 세제곱에 반비례한다.

비틀림 응력은 토크를 극단면계수로 나눈 값이다.
극단면계수: $Z_p=\dfrac{\pi d^{3}}{16}$
최대전단응력: $\tau_{max}=\dfrac{T}{Z_p}=\dfrac{16T}{\pi d^{3}}$

토크 T가 일정하면 τ는 $\dfrac{1}{d^{3}}$ 에 비례하므로, 축 지름을 2배로 키우면 최대전단응력은 1/8로 떨어진다.

• 지름의 제곱이나 세제곱에 비례한다는 관계는 방향이 정반대다. 축을 굵게 할수록 같은 토크에 대한 응력은 작아져야 한다.
• 지름의 제곱에 반비례한다는 관계는 단면적($\pi d^{2}/4$)을 쓰는 축방향 응력 쪽 관계이지, 극단면계수를 쓰는 비틀림 응력에는 해당하지 않는다.

질화법은 강의 표면에 질소를 침투시켜 경화층을 형성하는 표면경화법으로, 경화층은 얇지만 표면 경도가 매우 높다는 특징이 있다.

이 경화층은 조직이 치밀해 내마모성과 내식성(부식 저항)이 우수하며, 담금질 공정이 필요 없어 처리 후 변형이 작고 600℃ 이하에서는 경도 저하나 산화가 잘 일어나지 않는다.

따라서 마모 및 부식에 대한 저항이 작다는 설명은 질화층의 실제 특성과 반대된다.

베인 펌프는 회전자의 홈에 끼워진 베인(날개)이 캠링 내벽을 따라 미끄러지며 유체를 이송하는 용적형 펌프로, 구조 변경을 통해 정토출량형과 가변토출량형 모두로 만들 수 있다.

비교적 소형·경량이면서 소음이 적어 공작기계, 프레스 등 산업기계와 차량용 유압장치에 널리 사용된다. 원심·축류 펌프는 용적형이 아닌 터보형 펌프라는 점에서 구분된다.

아이볼트는 머리 부분이 고리(eye) 모양으로 되어 있어, 이 고리에 훅(hook)이나 와이어를 걸어 물체를 들어 올리는 용도로 사용하는 볼트이다.

중량물 취급 시 크레인 등의 훅과 결합하는 인양용 부속품으로 흔히 쓰인다.

드로잉(딥드로잉) 가공 후 제품 가장자리에 남는 플랜지(여분 재료)를 소정의 형상과 치수로 잘라내는 프레스 가공을 트리밍이라 한다.

블랭킹은 판재에서 제품 형상을 잘라내는 최초 절단 가공이고, 펀칭은 구멍을 뚫는 가공, 셰이빙은 전단면을 다듬는 정밀 가공이라는 점에서 트리밍과 구분된다.

스프링의 일반적인 용도는 하중·힘의 측정, 진동·충격 에너지의 흡수, 에너지를 저장했다가 동력원으로 사용하는 것 등이다.

반면 운동에너지를 열에너지로 소비시키는 기능은 브레이크나 댐퍼(감쇠기) 같은 소산장치의 역할이며, 스프링은 에너지를 흡수·저장했다가 다시 방출하는 탄성체이지 에너지를 소비해 없애는 부품이 아니다.

버니어캘리퍼스는 어미자와 아들자의 눈금을 이용해 길이 치수를 정밀하게 측정하는 기구로, 외경(두께)·내경(구멍)·깊이 측정에 널리 쓰인다.

반면 축의 편심량은 회전 중 축 표면의 흔들림(런아웃)을 측정하는 값으로, 다이얼게이지 등을 이용해 측정해야 하며 버니어캘리퍼스로는 측정할 수 없다.

마찰차의 원주속도는 $v = \dfrac{\pi D N}{60} = \dfrac{\pi \times 0.6 \times 800}{60} \approx 25.13\,\mathrm{m/s}$이다.

전달 동력으로부터 접선방향 힘(마찰력)을 구하면 $F = \dfrac{P}{v} = \dfrac{12500}{25.13} \approx 497.4\,\mathrm{N}$이다.

이 마찰력은 두 마찰차를 밀어붙이는 누름힘 $Q$와 마찰계수의 곱으로 생기므로, $Q = \dfrac{F}{\mu} = \dfrac{497.4}{0.2} \approx 2488\,\mathrm{N}$이 12.5kW를 전달하는 데 필요한 힘이 된다.

유압 및 공기압 분야에서 말하는 표준상태(기준 대기 상태)는 온도 20℃, 절대압 101.3kPa, 상대습도 65%인 공기 조건을 말한다.

이는 공압기기의 성능(유량, 소비 공기량 등)을 서로 비교할 수 있도록 정한 기준 대기 조건이다.

감마($\gamma$)철에 탄소가 최대 2.11%까지 고용된 고용체를 오스테나이트라 하며, 면심입방격자(FCC) 구조를 갖는다.

펄라이트는 페라이트와 시멘타이트의 층상 조직이고, 마텐자이트는 급랭으로 생기는 준안정 조직, 시멘타이트는 철과 탄소의 화합물($\mathrm{Fe_3C}$)이라는 점에서 오스테나이트와 구분된다.

A점의 반력은 3q₀L/8이다.

그림은 왼쪽 끝이 벽에 고정되고 오른쪽 끝 A가 롤러로 받쳐진 지간 L의 보에, 등분포하중 q₀가 전 구간에 걸린 1차 부정정보다. 미지 반력이 평형방정식 수보다 하나 많으므로 처짐 조건을 하나 더 써야 한다.

A점 반력 R을 잉여력으로 두고 고정단만 남긴 캔틸레버로 생각한다.
등분포하중에 의한 자유단 처짐: $\delta_1=\dfrac{q_0L^4}{8EI}$
반력 R이 위로 작용할 때의 처짐: $\delta_2=\dfrac{RL^3}{3EI}$
A점은 롤러로 받쳐져 처짐이 0이므로 두 값을 같게 두면 $R=\dfrac{3q_0L}{8}$

이때 고정단 반력은 5q₀L/8이 되어 두 반력의 합이 전체 하중 q₀L과 같아지므로 계산이 맞음을 확인할 수 있다.

관용 나사에서 유체의 누설을 막기 위해 나사산에 테이퍼를 주는 표준 값은 $1/16$이다.

테이퍼진 나사산이 조여지면서 밀착도가 높아져 나사 결합부의 기밀성을 확보하는 원리이다.

주 밸브를 점선으로 그려진 파일럿 라인의 압력으로 원격 조작하는 구성이므로 파일럿 조작회로다.

그림에서 왼쪽의 레버로 조작하는 작은 방향제어밸브 출구가 점선으로 오른쪽 주 방향제어밸브의 양쪽 끝 파일럿부에 이어져 있고, 그 주 밸브가 유압실린더의 급유·배유 방향을 바꾼다. 즉 작은 밸브가 만든 신호압이 큰 밸브의 스풀을 밀어 움직이는 2단 구조이며, 이것이 파일럿 조작의 전형적인 형태다.

• 로크 회로는 체크밸브 등으로 실린더를 정지 위치에 붙잡아 두는 것이 목적이고, 브레이크 회로는 배유측을 조여 감속·정지시키는 회로여서 이 회로의 주된 기능과 다르다. 그림에 체크밸브가 하나 있지만 실린더를 잠그는 위치가 아니라 주 관로에 놓여 있다.
• 정토크 구동 회로는 유압모터의 출력 토크를 일정하게 유지하는 회로인데, 그림에는 모터가 없고 실린더만 그려져 있다.

외접 마찰차는 두 마찰차의 반지름 합이 축간거리와 같으므로, 지름으로 나타내면 $D_1 + D_2 = 2 \times 300 = 600\,\mathrm{mm}$이다.

접촉점에서의 원주속도가 같아야 하므로 $N_1 D_1 = N_2 D_2$, 즉 $\dfrac{D_1}{D_2} = \dfrac{N_2}{N_1} = \dfrac{100}{200} = \dfrac{1}{2}$이다.

두 식을 연립하면 $D_1 = 200\,\mathrm{mm}$, $D_2 = 400\,\mathrm{mm}$가 된다.

봉이 인장하중을 받을 때 탄성한도 내에서 축방향(종) 변형률에 대한 가로(횡) 방향 변형률의 비를 포와송 비(Poisson's ratio)라 한다.

탄성한도는 재료가 탄성 거동을 유지하는 한계응력이고, 횡탄성계수·체적탄성계수는 각각 전단·체적 변화에 대한 강성을 나타내는 값이라는 점에서 포와송 비와는 구분된다.

취성재료에서 단순인장 또는 단순압축 하중을 받을 때, 최대주응력이 재료의 항복강도나 인장·압축강도에 도달하면 파손이 일어난다고 보는 이론을 최대주응력설(Rankine의 설)이라 한다.

연성재료의 파손을 설명하는 데 주로 쓰이는 최대전단응력설이나 변형률 에너지설과 달리, 최대주응력설은 취성재료의 파손 기준으로 사용된다.

주조에서 코어(core) 모형은 주물 내부에 중공(구멍)이나 빈 공간을 만들기 위해 별도로 제작해 넣는 모형이다.

골격형 주물, 크기가 큰 주물, 외형이 복잡한 주물은 각각 다른 모형 제작 방식으로 대응하는 경우이므로, 코어 모형이 특히 적합한 경우는 내부에 구멍이 있는 주물이다.

연삭숫돌의 3요소는 입자, 결합제, 기공이며 이 세 가지가 숫돌의 절삭성능을 결정한다.

조직은 입자가 얼마나 조밀하게 배열되어 있는지를 나타내는 특성값으로, 숫돌을 구성하는 별도의 요소로 분류되지는 않는다.

세라믹 공구는 $\mathrm{Al_2O_3}$ 분말에 마그네슘, 규소 등의 산화물과 소량의 원소를 첨가하여 소결한 절삭공구이다.

고온경도와 내마모성이 뛰어나 고속절삭에서 우수한 성능을 내지만, 인성이 낮아 충격에는 약하다는 단점이 있다.

테르밋 용접은 산화철 분말과 알루미늄 분말을 혼합해 점화하면 일어나는 테르밋 반응의 화학열을 이용해 금속을 접합하는 용접법이다.

주로 철도 레일의 접합처럼 대형 부재를 현장에서 접합할 때 사용된다.

a-b 사이 합성저항은 1.5[Ω]이며, 가운데 1[Ω]에는 전류가 흐르지 않는다.

회로를 따라가면 a에서 위·아래로 각각 1[Ω]이 갈라져 두 절점에 닿고, 그 두 절점에서 각각 2[Ω]을 거쳐 b로 모이며, 두 절점 사이를 1[Ω]이 잇고 있다. 마주 보는 두 변의 비가 1:2 = 1:2 로 같아 브리지가 평형이므로 두 절점의 전위가 같고, 다리 역할을 하는 1[Ω]에는 전류가 흐르지 않는다.

따라서 다리를 떼어 낸 것으로 보고 계산하면
각 경로: 1 + 2 = 3[Ω]
두 경로의 병렬: $\dfrac{3\times 3}{3+3}=1.5\,[\Omega]$

메거(megger)는 절연저항을 측정하는 데 사용되는 계측기로, 고전압을 발생시켜 절연물의 저항값을 $\mathrm{M\Omega}$ 단위로 측정한다.

• 저항계는 일반적인 도체의 저항을 측정하는 계기이다.
• 켈빈브리지는 저저항 정밀 측정에 사용된다.
• 휘스톤브리지는 중저항 측정에 사용되는 브리지 회로이다.

정리하면 $\overline{B}(A+C)$ 가 된다.

세 항 모두 B̄를 공통으로 가지므로 먼저 묶는다.
$X = \overline{B}\,(\overline{A}C + A\overline{C} + AC)$

괄호 안에서 A를 포함한 두 항을 묶으면 $A\overline{C} + AC = A(\overline{C}+C) = A$ 이므로 $\overline{A}C + A$ 만 남는다. 여기에 흡수 법칙 $A + \overline{A}C = A + C$ 를 적용하면 괄호 안은 A + C가 되어 최종적으로 $X = \overline{B}(A+C)$ 이다.

원식의 모든 항에 B의 보수가 들어 있으므로 간소화 결과에도 반드시 $\overline{B}$ 가 곱해져 있어야 한다. $C$나 $\overline{C}$, $\overline{A}$ 를 앞에 두고 묶은 식들은 이 조건부터 만족하지 못한다.

보극은 직류기에서 전기자 반작용으로 인한 중성축 이동을 막고 정류 중인 코일에 리액턴스 전압을 상쇄하는 전압을 유기시켜 전압정류가 이루어지도록 하는 부품이다.

• 보상권선은 전기자 반작용 자체를 상쇄하는 권선이다.
• 탄소브러시는 접촉저항을 이용해 저항정류를 돕는 부품으로 전압정류와는 방식이 다르다.
• 리액턴스 코일은 정류 시 발생하는 리액턴스 전압과 관련된 요소로 보극과는 역할이 다르다.

OR회로는 여러 입력 신호 중 하나 이상이 ON되면 출력이 나오는 논리회로이다.

AND회로는 모든 입력이 동시에 ON되어야 출력되고, NOT회로는 입력을 반전시키며, 자기유지회로는 신호가 사라져도 동작 상태를 유지하는 회로로 이 문제의 조건과는 다르다.

프로그램 제어는 미리 정해진 순서나 시간적 계획에 따라 제어량을 자동으로 변화시키는 방식으로, 사람이 조작하지 않는 무인 엘리베이터의 자동운행에 적합하다.

추종제어는 목표값이 임의로 변화하는 경우, 정치제어는 목표값이 일정한 경우, 프로세스 제어는 온도·압력 등 공정량 제어에 쓰이는 방식으로 무인 엘리베이터의 운행 특성과는 맞지 않는다.

V결선은 단상변압기 2대를 이용해 3상 전압을 얻는 결선방법으로, △결선 상태에서 변압기 1대를 제거한 형태이다.

Y결선과 Δ결선은 원칙적으로 단상변압기 3대가 필요한 결선이고, Y-Δ결선은 1차와 2차의 결선방식을 조합한 3상 결선이므로 2대만으로 3상을 얻는 목적에는 맞지 않는다.

하나의 철심에 감긴 서로 다른 두 코일 사이의 유도 관계를 나타내는 계수는 상호인덕턴스이므로, C₂의 기전력 e₂와 C₁에 흐르는 전류 I의 시간 미분값을 이어주는 것을 자기인덕턴스라고 한 설명이 옳지 않다.

그림은 같은 철심 위에 왼쪽에 코일 C₁, 오른쪽에 코일 C₂를 감고 C₁ 쪽에 전류 I를 흘리면서 ΔI 만큼 변화를 준 구조로, 이때 각 코일 구간에 나타나는 기전력이 e₁, e₂로 표시되어 있다. 전류 변화가 만든 자속 변화가 자신의 코일 C₁에 기전력을 만들 때의 비례계수가 자기인덕턴스 L, $e_1 = L\dfrac{dI}{dt}$ 이고, 그 자속이 철심을 타고 넘어가 상대 코일 C₂에 기전력을 만들 때의 계수가 상호인덕턴스 M, $e_2 = M\dfrac{dI}{dt}$ 이다.

나머지 설명은 전자유도의 기본 관계 그대로다.

• C₂의 e₂는 자속 변화를 방해하는 방향으로 생기므로 렌츠의 법칙으로 방향을 설명할 수 있다.
• 패러데이 법칙 $e = N\dfrac{d\phi}{dt}$ 에 따라 C₁의 e₁은 자속의 시간 미분값과 감은 횟수 N의 곱에 비례한다.
• 전류 I의 변화 → 철심 내 자속의 변화 → C₁ 자신에게 유도되는 자기유도 기전력 e₁ 발생이라는 인과도 그림과 일치한다.

전구의 저항은 옴의 법칙 $R=\dfrac{V}{I}$으로 구한다.

$R=\dfrac{100\,\mathrm{V}}{0.4\,\mathrm{A}}=250\,\Omega$

전력으로 검산해도 $P=VI=100\times0.4=40\,\mathrm{W}$로 문제의 조건과 일치하므로 저항은 250Ω이다.

오프셋(정상편차)은 0.75이다.

전달함수 분모 $s^{2}+2s+3$ 에는 s의 인수가 없으므로 이 계는 0형 제어계이고, 단위계단입력에 대해 정상편차가 0으로 사라지지 않고 일정한 값으로 남는다.

위치편차상수를 먼저 구한다.
$K_p=\lim_{s\to 0}G(s)=\dfrac{1}{0+0+3}=\dfrac{1}{3}$
단위계단입력에 대한 정상편차는
$e_{ss}=\dfrac{1}{1+K_p}=\dfrac{1}{1+\frac{1}{3}}=\dfrac{3}{4}=0.75$

정상편차가 0이 되려면 개루프 전달함수 분모에 적분 요소 s가 있어야 하는데 이 계에는 없으므로, 오프셋이 0이라는 답은 성립하지 않는다.

I 동작(적분동작)은 오차의 크기를 시간에 대해 적분한 값, 즉 오차 발생시간과 오차 크기로 둘러싸인 면적에 비례하여 조작량을 내는 제어동작이다.

P동작은 오차 크기 자체에 비례, D동작은 오차의 변화율(미분)에 비례하는 동작이므로 면적 개념과는 관련이 없다.

서미스터는 온도에 따라 저항값이 크게 변화하는 반도체 소자로, 그 특성을 이용해 온도 보상 및 온도 측정 회로에 널리 사용된다.

바리스터는 전압에 따라 저항이 변하는 소자로 서지 보호에, 제너다이오드는 정전압 회로에, 버랙터다이오드는 전압 가변 커패시터로 주로 사용되어 온도 보상 용도와는 다르다.

역률은 $\cos\theta=\dfrac{R}{Z}$로 구하며, $Z=\sqrt{R^2+X_L^2}=\sqrt{8^2+6^2}=10\,\Omega$이다.

$\cos\theta=\dfrac{8}{10}=0.8$이므로 이 회로의 역률은 0.8이다.

권선형 유도전동기는 회전자(2차측) 권선에 슬립링을 통해 외부 기동저항기를 접속할 수 있어, 비례추이를 이용해 기동전류를 낮추고 기동토크를 높이는 기동법을 사용한다.

단상·2상 유도전동기와 2중 농형 유도전동기는 회전자 구조나 상수가 달라, 2차측에 저항기를 접속해 비례추이를 이용하는 기동방식과는 무관하다.

온-오프 동작은 조작량이 On과 Off 두 값만 갖는 가장 간단한 단속적(불연속) 제어동작으로, 목표값 부근에서 조작량이 반복적으로 오르내리는 사이클링(진동)이 필연적으로 발생하는 것이 가장 큰 특징이다.

따라서 사이클링을 제거할 수 있다거나 오프셋을 없앨 수 있다는 설명은 온-오프 동작의 특성과 맞지 않는다. 응답이 빠르다는 점도 온-오프 동작의 성질이지만, 이 동작을 규정하는 핵심은 단속적 제어이면서 사이클링이 생긴다는 서술이다.

서보기구는 물체의 위치·방위·자세 등 기계적 변위를 제어량으로 하여, 목표값이 임의로 변화하더라도 그 값에 항상 추종하도록 구성된 제어장치이다.

자동조정은 전압·주파수 등의 양을 제어하고, 정치제어는 목표값이 일정한 경우, 프로세스 제어는 온도·압력 등 공정량을 다루므로 기계적 변위의 추종제어와는 성격이 다르다.

누름버튼스위치는 사람이 직접 눌러 신호를 발생시키는 수동 조작용 스위치로, 물리량을 자동으로 감지하는 검출용 스위치에는 속하지 않는다.

광전스위치는 빛으로, 액면스위치는 액체 수위로, 리미트스위치는 물체의 위치로 상태 변화를 자동 검출하는 검출용 스위치이다.

수치제어(NC)는 공작기계의 가공 위치나 이송량 등을 펄스 신호로 지령하는 프로그램 제어 방식으로, 정밀한 형상 가공에 사용된다.

속도 제어, PLC 제어, 계산기 제어는 각각 회전속도 조절, 시퀀스 제어, 범용 연산처리를 목적으로 하는 개념이어서 펄스 기반의 공작기계 가공 제어와는 초점이 다르다.

그림은 제어량을 검출부로 되먹여 목표값과 비교하는 구조이므로 폐루프 제어(피드백 제어)에 해당한다.

신호 흐름을 보면 목표값이 원형 비교점으로 들어가고 그 출력이 제어요소를 거쳐 제어량으로 나간다. 제어량은 다시 분기되어 검출부를 지나 비교점의 (−) 입력으로 되돌아오므로, 목표값과 검출값의 편차로 제어요소를 구동하는 닫힌 경로가 만들어진다.

• 개방 제어·개루프 제어: 출력을 되돌려 비교하는 경로가 없어 그림의 검출부와 (−) 가산점 자체가 존재하지 않는다.
• 시퀀스 제어: 미리 정해진 순서에 따라 단계를 진행하는 제어로, 편차를 만들어 수정하는 구조가 아니다.

2차 측 전류가 0이 되는 조건은 $C=\dfrac{1}{\omega^2 M}$ 이다.

그림의 회로는 전원 E가 걸린 1차 측 $L_1$ 과 2차 측 $L_2$ 가 상호인덕턴스 $M$ 으로 결합되고, 두 루프가 공통으로 커패시터 $C$ 를 지나는 T형 구조다.

2차 루프에는 상호유도로 생기는 기전력 $\omega M i_1$ 과 공통 커패시터에 나타나는 전압 $\dfrac{i_1}{\omega C}$ 이 함께 작용하는데, 이 둘이 서로 상쇄될 때 $i_2=0$ 이 된다.

$\omega M=\dfrac{1}{\omega C}$ → $\omega^2 MC=1$ → $C=\dfrac{1}{\omega^2 M}$
따라서 각주파수의 제곱과 상호인덕턴스 M 에 반비례하는 값이며, 합성인덕턴스 L 이 들어간 식은 결합 성분을 잘못 잡은 것이다.