18년 1회차

땅속에 묻는 가스관·수도관·케이블관에는 주철관이 널리 쓰인다.

주철은 녹이 잘 슬지 않는 내식성과 닳지 않는 내마멸성이 좋고, 주조로 값싸게 대량 생산할 수 있어 매설용 관 재료로 알맞다.

• 고무: 강도가 낮고 흙 하중과 내압을 견디기 어려워 매설 주배관 재료로 맞지 않는다.
• 구리: 열·전기 전도성이 좋아 열교환기·전선에 주로 쓰이며 값이 비싸 대량 매설관에는 부적합하다.
• 강: 강도는 높지만 땅속 수분에 부식되기 쉬워 내식성 면에서 주철보다 불리하다.

파스칼의 원리는 밀폐된 유체에 가한 압력이 유체의 모든 부분과 용기의 모든 벽에 같은 크기로 전달된다는 원리이다.

이 원리로 작은 피스톤에 준 힘을 큰 피스톤에서 크게 얻는 유압 장치(유압 잭·프레스)가 작동한다.

• 압력이 용기 체적에 비례한다는 설명: 파스칼의 원리는 체적과 무관하게 압력이 고르게 전달된다는 내용이다.
• 압력이 벽에 수평 방향으로만 작용한다는 설명: 정지 유체의 압력은 벽면에 수직으로, 모든 방향으로 작용한다.
• 압력이 밀도에 따라 다른 크기로 전달된다는 설명: 가한 압력은 어디서나 같은 크기로 전달된다.

유체의 누설을 막는 데 쓰는 너트는 캡 너트(cap nut)이다.

캡 너트는 한쪽이 막힌 모자 모양이라 나사 틈으로 기체·액체가 새어 나오는 것을 막고, 나사 끝을 보호하는 역할도 한다.

• 나비 너트: 날개가 달려 손으로 쉽게 조이고 풀 수 있게 한 너트이다.
• 사각 너트: 겉모양이 사각형인 너트로 주로 목재 결합 등에 쓰인다.
• 아이 너트: 고리가 달려 있어 물체를 매달아 들어 올릴 때 사용한다.

접시 머리 나사의 머리가 묻히도록 구멍 입구를 원뿔(접시) 모양으로 넓히는 가공은 카운터 싱킹(countersinking)이다.

접시 머리 나사는 머리 아랫면이 원뿔형이므로, 같은 각도의 원뿔 자리를 내면 머리가 공작물 표면과 같은 높이로 들어간다.

• 태핑(tapping): 뚫린 구멍에 탭으로 암나사를 내는 작업이다.
• 스폿 페이싱(spot facing): 볼트·너트가 닿는 부분을 평평하게 깎아 자리면을 만드는 작업이다.
• 카운터 보링(counter boring): 둥근머리·육각 구멍붙이 볼트 머리가 묻히도록 구멍 입구를 원통형 단차로 넓히는 작업이다.

폴리에틸렌 수지는 열을 가하면 다시 녹는 열가소성 수지이므로 열경화성 수지가 아니다.

열경화성 수지는 한번 가열·경화되면 다시 가열해도 녹지 않는 수지로, 내열성이 좋고 단단하다.

• 요소 수지: 열경화성 수지로 접착제·식기 등에 쓰인다.
• 페놀 수지: 대표적인 열경화성 수지(베이클라이트)로 전기 절연 부품에 쓰인다.
• 멜라민 수지: 열경화성 수지로 표면이 단단해 식기·화장판에 쓰인다.

체인 전동은 초기장력이 필요 없다는 점이 특징이므로, 초기장력이 필요하다는 설명이 옳지 않다.

체인은 스프로킷 이와 맞물려 동력을 전달하므로 벨트처럼 미리 당겨 줄 필요가 없고, 그만큼 베어링에 걸리는 하중과 마찰손실이 작다.

• 미끄럼이 없어 일정한 속도비를 얻을 수 있다는 설명은 옳다.
• 진동·소음이 생기기 쉬워 고속 회전에 적당하지 않다는 설명은 옳다.
• 한 체인으로 여러 축을 동시에 구동할 수 있다는 설명은 옳다.

입도가 작고 연한 숫돌을 낮은 압력으로 누르며 미세한 진동을 주어 다듬는 방법은 슈퍼 피니싱(super finishing)이다.

숫돌에 짧은 진폭의 진동을 주면서 공작물을 회전시켜, 앞 가공에서 생긴 변질층과 결을 제거하고 고정밀 표면을 얻는다.

• 래핑: 랩과 공작물 사이에 랩제(미세 입자)를 넣고 상대 운동시켜 다듬는 방법이다.
• 호닝: 혼(숫돌 막대)을 회전·왕복시켜 주로 원통 내면을 정밀 다듬질한다.
• 리밍: 리머로 뚫린 구멍을 정확한 치수로 넓히고 내면을 다듬는 절삭 가공이다.

단접(forge welding)은 전기 저항 용접이 아니다.

단접은 재료를 가열한 뒤 해머 등으로 두드려 붙이는 방법이고, 전기 저항 용접은 접합부에 전류를 흘려 생기는 저항열과 압력으로 붙이는 방법이다.

• 심 용접(seam welding): 롤러 전극으로 연속 통전하여 선 모양으로 잇는 저항 용접이다.
• 프로젝션 용접(projection welding): 모재에 돌기를 만들어 그 부분에 전류를 집중시키는 저항 용접이다.
• 점 용접(spot welding): 전극 사이에 판을 끼워 점 모양으로 붙이는 저항 용접이다.

2행정 사이클 기관은 밸브 기구가 없어 구조가 간단하므로, 밸브 기구가 필요하고 구조가 복잡하다는 설명이 옳지 않다.

2행정 기관은 실린더 벽의 소기구·배기구를 피스톤이 열고 닫아 흡·배기를 하므로 캠·밸브 장치가 필요 없다.

• 크랭크축 1회전마다 1회 폭발한다는 설명은 옳다.
• 같은 배기량이면 폭발 횟수가 많아 큰 동력을 얻는다는 설명은 옳다.
• 소기 과정에서 혼합기가 배기구로 빠져나가 손실이 크고 효율이 떨어진다는 설명은 옳다.

옳은 것은 전단형 칩과 유동형 칩에 대한 설명(ㄷ, ㄹ)이다.

전단형 칩은 재료가 공구 윗면으로 압축되며 불연속적으로 미끄러질 때, 유동형 칩은 연성재료를 알맞은 조건에서 절삭저항 변동이 작게 깎을 때 생긴다.

• ㄱ: 칩이 날 끝에 붙어 원활히 흘러가지 못하면 뜯겨 나가는 열단형(경작형) 칩이 생기며, 균열형이 아니다.
• ㄴ: 메짐성(취성)이 큰 재료를 저속으로 절삭하면 균열형 칩이 생기며, 열단형이 아니다.

용접부에 미리 뿌린 용제(플럭스) 속에서 아크를 발생시키는 방법은 서브머지드 아크 용접(submerged arc welding)이다.

아크가 입상 용제에 덮여 보이지 않아 잠호 용접이라고도 하며, 대전류로 자동 용접하여 두꺼운 판을 능률적으로 용접한다.

• 전기 아크 용접: 피복 아크 용접봉의 피복제가 보호 역할을 하며, 용제 속에서 아크를 내는 방식이 아니다.
• 텅스텐 불활성 가스 아크 용접: 아르곤 등 불활성 가스로 아크를 보호한다.
• 이산화탄소 아크 용접: 이산화탄소 가스로 아크와 용융부를 보호한다.

세 작업의 공통 목적은 결합 풀림의 방지이다.

진동이나 충격이 반복되면 나사가 저절로 풀리므로 로크 너트, 스프링 와셔·이붙이 와셔, 분할 핀 등으로 너트의 회전을 막는다.

• 전단응력의 감소: 풀림 방지 장치는 볼트에 걸리는 전단응력을 줄이기 위한 것이 아니다.
• 결합 모재의 보호: 모재 표면 보호는 평와셔의 역할에 가깝다.
• 응력 집중의 방지: 응력 집중 완화는 단면 변화를 완만하게 하는 설계로 다룬다.

풀림(annealing)은 재료 전체를 연하게 하는 일반 열처리로, 표면 경화 열처리가 아니다.

풀림은 가열 후 서서히 냉각해 내부 응력을 제거하고 재질을 연화시키며, 표면 경화법은 표면만 단단하게 하고 내부는 인성을 유지하게 한다.

• 침탄법: 저탄소강 표면에 탄소를 침투시킨 후 담금질하여 표면을 경화한다.
• 화염 경화법: 산소-아세틸렌 불꽃으로 표면만 급가열·급랭하여 경화한다.
• 질화법: 표면에 질소를 침투시켜 단단한 질화층을 만든다.

조직이 치밀하고 강인한 작은 기어·나사를 대량 생산할 때는 전조 가공이 적절하다.

전조는 다이 사이에서 소재를 굴려 소성변형으로 형상을 만드는 방법으로, 칩이 없고 섬유 조직(메탈 플로)이 끊기지 않아 강도가 높으며 생산 속도가 빠르다.

• 호빙 머신 가공: 호브로 이를 깎는 절삭 가공이라 섬유 조직이 끊긴다.
• 기어 셰이퍼 가공: 피니언 커터를 왕복시켜 이를 깎는 절삭 가공이다.
• 기어 셰이빙: 이미 깎은 기어의 치면을 정밀하게 다듬는 마무리 가공이다.

일정 온도에서 하중을 가해 시간에 따른 변형을 측정하는 것은 크리프 시험이므로, 이를 경도시험이라 한 설명이 옳지 않다.

경도시험은 압입자를 눌러 생긴 자국의 크기·깊이나 반발 높이로 재료의 단단한 정도를 측정한다(브리넬·로크웰·비커스·쇼어).

• 인장시험이 축 방향 인장력에 대한 저항성을 측정한다는 설명은 옳다.
• 충격시험이 고속 하중에 대한 저항성(인성)을 측정한다는 설명은 옳다.
• 굽힘시험이 굽힘 하중에 대한 손상·저항성을 측정한다는 설명은 옳다.

증기압축식 냉동기의 냉매는 압축기 → 응축기 → 팽창밸브 → 증발기 → 압축기 순으로 순환한다.

압축기에서 고온·고압이 된 냉매 증기가 응축기에서 열을 내놓고 액화되며, 팽창밸브에서 압력이 낮아진 뒤 증발기에서 주위 열을 흡수하여 냉동 효과를 낸다.

• 압축기 다음에 팽창밸브가 오는 순서: 고압 증기를 응축하지 않고 팽창시키므로 맞지 않다.
• 압축기 다음에 증발기가 오는 순서: 증발은 압력이 낮아진 뒤 일어나야 하므로 맞지 않다.
• 응축기 다음에 증발기, 그 뒤 팽창밸브가 오는 순서: 팽창밸브가 증발기보다 앞에 있어야 하므로 맞지 않다.

관성모멘트를 계산할 수 있는 모델링은 솔리드 모델링(solid modeling)이다.

솔리드 모델은 내부가 채워진 입체 정보를 가지므로 부피·질량·무게중심·관성모멘트 같은 물리적 성질을 계산할 수 있다.

• 와이어 프레임 모델링: 점과 선(모서리)만으로 표현하여 면과 부피 정보가 없다.
• 서피스 모델링: 면 정보는 있으나 내부가 비어 있어 질량 특성을 계산할 수 없다.
• 점·선 모델링: 점과 선만 다루므로 부피 정보가 없다.

그림은 측정면이 평평한 외측 마이크로미터이므로 수나사에서는 나사산 꼭대기 사이의 바깥지름, 즉 호칭지름을 잴 수 있다.

평평한 앤빌과 스핀들은 나사산의 산봉우리에만 닿으므로 골이나 산의 경사면 치수는 잴 수 없다.

• 골지름: 측정면이 뾰족한 포인트 마이크로미터처럼 골까지 들어가는 측정기가 필요하다.
• 피치: 피치 게이지나 공구 현미경으로 산과 산 사이 거리를 확인한다.
• 나사산 높이: 바깥지름과 골지름의 차로 구하거나 공구 현미경 등으로 측정하며, 평평한 측정면만으로는 직접 잴 수 없다.

인장시험으로 얻을 수 있는 성질만 묶은 것은 프아송 비, 단면 수축률, 연신율이다.

인장시험에서는 응력-변형률 선도를 통해 항복점·인장강도·탄성한도·연신율·단면 수축률과 가로·세로 변형률의 비인 프아송 비를 구한다.

• 파단점·내마모성·인장강도 묶음: 내마모성은 마모 시험으로 측정한다.
• S-N 선도·항복점·연성 묶음: S-N 선도는 반복 하중을 가하는 피로 시험에서 얻는다.
• 응력-변형률 선도·탄성한도·전성 묶음: 전성은 두드리거나 눌러 얇게 펴지는 성질로, 인장시험에서 직접 얻는 값이 아니다.

이 기구는 크랭크-로커(레버) 기구이므로 A가 360° 회전할 때 C는 왕복 각운동을 한다.

그라쇼프 조건은 최단 링크와 최장 링크 길이의 합이 나머지 두 링크 길이의 합 이하일 때 성립한다.
$200 + 600 = 800\,\mathrm{mm}$
$400 + 500 = 900\,\mathrm{mm}$
$800 \le 900$

조건이 성립하고 최단 링크 A가 고정 링크(600 mm)에 붙어 있으므로 A는 크랭크로 완전 회전하고, 맞은편 C는 일정 각도 안에서 흔들리는 레버가 된다.

• A와 C가 모두 완전 회전하는 이중 크랭크는 최단 링크가 고정 링크일 때 생기므로 해당하지 않는다.
• 세 링크가 모두 왕복 각운동만 하는 이중 레버는 최단 링크가 연결 링크이거나 그라쇼프 조건이 성립하지 않을 때이므로 해당하지 않는다.
• C만 완전 회전하는 크랭크가 되려면 C가 최단 링크여야 하는데, C(400 mm)는 A(200 mm)보다 길어 완전 회전할 수 없다.