14년 1회차

두 축의 중심이 평행하게 어긋난 경우에 쓰는 커플링은 올덤 커플링(Oldham coupling)이다.

양쪽 플랜지의 홈에 직교하는 돌기를 가진 중간 원판이 미끄러지며 축심의 평행 편심을 흡수한다. 다만 미끄럼 마찰이 있어 고속 회전에는 부적합하다.

• 머프 커플링: 두 축 끝을 원통(슬리브)에 끼우고 키로 고정하는 고정 커플링으로, 축심이 일치해야 한다.
• 마찰원통 커플링: 분할 원통을 축에 조여 마찰력으로 동력을 전달하며, 일직선상의 축에 쓴다.
• 셀러 커플링: 원추형 슬리브를 이용한 고정 커플링으로, 역시 축심이 일치해야 한다.

폴리싱(polishing)은 알루미나 등의 연마 입자가 부착된 연마 벨트(또는 휠)로 가공하며, 일반적으로 버핑 전 단계에 해당한다.

폴리싱으로 표면의 흠을 제거한 뒤 버핑(buffing)으로 광택을 내는 순서로 진행한다.

• 연한 숫돌을 낮은 압력으로 접촉시키며 진동을 주는 가공은 슈퍼피니싱(superfinishing)이다.
• 회전·진동하는 통 속에서 공작물과 연마재를 마찰 충돌시키는 가공은 배럴 가공(barrel finishing)이다.
• 랩과 공작물을 누르며 상대 운동시키는 정밀 가공은 래핑(lapping)이다.

피복제가 수소의 침입을 방지한다는 설명이 옳지 않다.

피복제는 연소·분해 가스로 대기 중의 산소·질소를 차단하는 것이 주 역할이며, 오히려 피복제의 수분·유기물이 수소의 공급원이 될 수 있어 저수소계 용접봉을 건조해 사용한다.

• 탈산제를 포함해 용융금속의 산화물을 탈산하고 불순물을 슬래그로 제거한다.
• 이온화가 쉬운 성분이 아크의 발생과 유지를 안정시킨다.
• 슬래그가 용착금속을 덮어 급랭을 방지한다.

니켈은 상온에서 강자성체이므로 자성을 띠지 않는다는 설명이 옳지 않다.

니켈은 철·코발트와 함께 대표적인 강자성 금속이며, 강도·인성·내식성이 우수한 점은 맞다.

• 구리·알루미늄·티타늄·텅스텐·탄탈륨은 모두 비철금속이다.
• 지르코늄은 중성자 흡수율이 낮고 고온 내식성이 좋아 원자로 핵연료 피복재 등에 쓰인다.
• 마그네슘은 실용 금속 중 가장 가볍고 진동감쇠능이 우수하다.

가열 시 변화 순서를 재결정 → 회복으로 쓴 설명이 옳지 않다.

가공경화된 금속을 가열하면 회복(recovery) → 재결정(recrystallization) → 결정립 성장(grain growth) 순으로 진행한다. 회복 단계에서 내부응력이 먼저 완화되고, 이후 새로운 결정립이 생성·성장한다.

• 소성변형으로 전위 밀도가 증가해 강도·경도는 높아지고 연성은 낮아진다.
• 일정 온도(재결정 온도) 이상으로 가열하면 강도·경도·연성이 가공 전 상태로 되돌아간다.
• 냉간가공품은 인장강도가 높고 치수 정밀도와 표면 상태가 좋다.

프로젝션 용접(projection welding)은 겹치기 이음 용접이므로 맞대기 이음에 해당하지 않는다.

프로젝션 용접은 겹친 판의 한쪽에 돌기(projection)를 만들어 전류를 집중시키는 방식으로, 점 용접·심 용접과 함께 겹치기 저항 용접으로 분류된다.

• 플래시 용접: 맞댄 두 부재 사이에 불꽃(플래시)을 발생시켜 가열한 뒤 압접하는 맞대기 용접이다.
• 충격 용접: 콘덴서 등의 순간 방전으로 가열하며 충격적으로 압접하는 맞대기 용접이다.
• 업셋 용접: 맞댄 부재를 통전 가열한 뒤 축 방향으로 가압하는 맞대기 용접이다.

화살표는 노즈(nose)를 피해 급랭한 뒤 $M_s$보다 높은 온도에서 항온 유지하며 S곡선 변태 구간을 통과하므로, 얻어지는 조직은 베이나이트(bainite)이다.

이처럼 $M_s$ 직상의 온도에서 항온변태를 완료시키는 열처리를 오스템퍼링(austempering)이라 하며, 변태가 끝난 뒤 공랭해도 조직은 베이나이트로 남는다.

• 마르텐사이트: 변태 구간을 거치지 않고 $M_s$~$M_f$ 아래로 곧바로 급랭해야 얻어지는데, 화살표는 $M_s$ 위에서 항온 유지하므로 해당하지 않는다.
• 페라이트: 노즈 위 고온 영역에서 서랭할 때 펄라이트와 함께 생기는 조직으로, 고온부를 급랭으로 지나친 이 경로와 맞지 않는다.
• 오스테나이트: 변태 구간을 완전히 통과해 변태가 끝났으므로 미변태 오스테나이트로 남지 않는다.

공구 여유면과 절삭면의 마찰로 생기는 것은 플랭크 마모(flank wear)이므로, 이를 크레이터 마모의 원인으로 쓴 설명이 옳지 않다.

크레이터 마모는 칩이 흘러가는 경사면이 오목하게 파이는 마모로, 고온에서 공구와 칩 사이의 확산(원자 이동)이 주원인이다.

• 공구-칩 경계에서 원자의 상호 이동(확산)이 주요 원인이다.
• 확산은 온도에 크게 의존하므로 경계 온도가 일정 범위를 넘으면 마모가 급격히 증가한다.
• 경사각이 크면 칩과의 접촉 압력·온도가 낮아져 마모의 발생과 성장이 지연된다.

두께를 2배로 하면 최대 처짐은 1/8로 줄어든다.

외팔보형 단판 스프링(폭 b, 두께 h)의 끝단 처짐은 $\delta=\dfrac{4P\ell^3}{Ebh^3}$ 로, 처짐은 두께의 세제곱에 반비례한다.

$\dfrac{\delta}{\delta_o}=\left(\dfrac{h}{2h}\right)^3=\dfrac{1}{8}$

구동기어의 잇수는 20개이다.

속도비가 1/3이므로 종동기어 피치원 지름이 구동기어의 3배이다. 중심거리 $C=\dfrac{D_1+D_2}{2}=10$ 이므로 $D_1+3D_1=20$, $D_1=5\ \mathrm{in}$.

지름 피치 $P_d=\dfrac{Z}{D}$ 에서 $Z_1=P_d D_1=4\times5=20$ 이다. (압력각은 잇수 계산과 무관하다.)

열가소성 플라스틱 제품의 대량 생산에는 사출성형(injection molding)이 가장 적합하다.

가열 용융한 수지를 금형에 고압으로 사출한 뒤 냉각·고화시키므로 사이클이 짧고 자동화가 쉽다.

• 압축성형: 주로 열경화성 수지를 금형 안에서 가압·가열 경화시키는 방법으로 사이클이 길다.
• 다이캐스팅: 용융 금속(알루미늄·아연 합금 등)을 금형에 압입하는 금속 주조법이다.
• 전이성형: 열경화성 수지를 예열실에서 가소화해 금형으로 밀어 넣는 방법이다.

미끄럼 베어링 재료는 축 재료보다 연해야 하므로, 축보다 단단한 것이 좋다는 설명이 옳지 않다.

베어링이 축보다 연해야 이물질을 매립하고 길들임성이 좋으며, 마모가 교체가 쉬운 베어링 쪽에서 일어나 축을 보호한다. 오일 흡착력이 높아야 한다는 점은 맞다.

• 고속에서 유막의 불안정으로 오일 휩(oil whip) 진동이 발생할 수 있다.
• 유막 두께는 윤활유 점도가 높을수록, 회전속도가 빠를수록 두꺼워진다.
• 유막이 하중을 받쳐 구름 베어링보다 진동·소음이 적고 고속 회전에 적합하다.

플라스틱은 금속보다 강도가 작고 마찰계수도 일반적으로 낮다. 따라서 높은 마찰계수를 갖는다는 설명이 옳지 않다.

플라스틱은 낮은 마찰과 자기윤활성 때문에 베어링·기어 등 미끄럼 부품에 쓰인다.

• 금형과 공작물 접촉면에 초음파 진동을 가하면 마찰을 줄일 수 있다.
• 마찰계수는 수직 하중에 대한 마찰력의 비로 정의한다.
• 링압축시험은 링의 내경 변화로 마찰 조건을 평가하는 대표적인 방법이다.

펄라이트(pearlite)는 α-페라이트와 시멘타이트($\mathrm{Fe_3C}$)의 층상 혼합 조직이다.

공석강을 오스테나이트 상태에서 서냉하면 공석 온도에서 오스테나이트가 α-페라이트 + 시멘타이트로 동시에 분해되어 층상의 펄라이트가 된다.

• α-페라이트로만 이루어진 조직은 탄소가 매우 적은 순철 쪽 조직이며, 공석강의 펄라이트에는 시멘타이트가 반드시 포함된다.
• δ-페라이트는 고온 영역에서만 존재하는 상이므로 상온의 펄라이트 구성상이 아니다.
• δ-페라이트와 시멘타이트의 조합 역시 공석 반응의 생성물이 아니다.

상향 절삭은 날이 마찰을 많이 받아 마멸이 크고 수명이 짧으므로, 마찰이 적어 수명이 길다는 설명이 옳지 않다.

상향 절삭에서는 칩 두께가 0에서 시작하므로 날이 처음에 공작물 표면을 미끄러지며 문지른 뒤 파고들어 마찰열과 마모가 커진다.

• 공작물의 이송 방향과 날의 진행 방향이 반대인 절삭이다.
• 절삭력이 이송 방향과 반대로 작용해 이송나사의 백래시 영향이 거의 없다.
• 칩이 가공할 면 쪽에 쌓여 시야를 가리는 점도 상향 절삭의 단점으로 설명된다.

여유각을 크게 하면 날 끝의 단면이 얇아져 인선강도는 감소하므로, 증가한다는 설명이 옳지 않다.

여유각은 공구 여유면과 가공면의 간섭을 막는 각으로, 커질수록 마찰은 줄지만 날 끝이 약해져 치핑이 쉬워진다.

• 여유각은 공구와 공작물 접촉 부위의 간섭·미끄럼 현상에 영향을 준다.
• 여유각이 작으면 여유면이 가공면과 마찰해 떨림의 원인이 된다.
• 여유각이 크면 여유면 접촉이 줄어 플랭크 마모가 감소한다.

1회전당 축 방향 이동거리(리드)가 가장 큰 것은 2줄 M20 × 3이다.

리드는 $L=np$(n: 줄 수, p: 피치)이며, 미터나사 표기 'M지름 × 피치'에서 피치를 읽는다.

• M48 × 5 (1줄): $L=1\times5=5\ \mathrm{mm}$
• 2줄 M30 × 2: $L=2\times2=4\ \mathrm{mm}$
• 2줄 M20 × 3: $L=2\times3=6\ \mathrm{mm}$ (최대)
• 3줄 M8 × 1: $L=3\times1=3\ \mathrm{mm}$

유체 토크 컨버터는 안내깃(stator)이 있는 구조이므로, 안내깃이 없다는 설명이 옳지 않다.

펌프 임펠러·터빈 러너 사이에 스테이터를 두어 유체 흐름 방향을 바꿈으로써 토크를 증대시킨다. 스테이터가 없는 것은 유체 커플링이다.

• 스테이터의 반력으로 출력축 토크가 입력축 토크보다 커질 수 있다.
• 자동차의 자동변속기에 널리 쓰인다.
• 유체를 매개로 동력을 전달하므로 출력축이 정지한 상태에서도 입력축이 회전할 수 있다.

고압 터빈에서 나온 증기를 다시 가열해 저압 터빈에 보내는 사이클은 재열 사이클(reheat cycle)이다.

재열로 저압 터빈 입구 증기의 온도를 높이면 터빈 출구 건도가 높아져 날개 침식을 막을 수 있으므로 더 높은 보일러 압력을 쓸 수 있고 터빈 일도 증가한다.

• 재생 사이클: 터빈에서 일부 증기를 추기해 급수를 예열하는 사이클이다.
• 과열 사이클: 보일러에서 포화증기를 과열시켜 터빈에 보내는 사이클로, 터빈 사이의 재가열은 하지 않는다.
• 스털링 사이클: 두 개의 등온 과정과 두 개의 정적 과정으로 이루어진 외연기관 가스 사이클이다.

압하량이 일정할 때 작업롤러 지름이 작으면 압연 하중은 감소하므로, 증가한다는 설명이 옳지 않다.

롤 지름이 작으면 롤과 재료의 접촉 길이(접촉 면적)가 짧아져 필요한 압연 하중이 줄어든다.

• 지름이 작은 작업롤러는 휘기 쉬우므로 지름이 큰 받침롤러로 받쳐 두께를 균일하게 한다.
• 연질 재료는 경질 재료보다 다이 각도를 크게 하여 인발한다.
• 지름 5 mm 이하의 가는 선 제작에는 압연보다 인발이 적합하다.