[기계설계산업기사 필기] 17년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

기어 치형을 창성법으로 가공하는 대표 공구는 호브, 랙 커터, 피니언 커터이며, 이들은 공구와 소재가 서로 맞물리는 상대 운동(구름 운동)을 하며 치형을 만들어낸다.
브로치(broach)는 만들려는 치형과 같은 모양의 절삭날을 가진 공구를 밀거나 당겨 그 형상을 그대로 깎아내는 성형법 공구이므로 창성법 공구에 해당하지 않는다.

드릴 작업은 구멍이 관통되는 순간 저항이 급격히 줄어 드릴이 빨려 들어가기 쉬우므로, 시작할 때보다 끝날 때 이송을 늦추어야 안전하다.
"항상 끝날 때 이송을 빠르게 한다"는 설명은 이와 반대이므로 옳지 않다.

절삭공구의 여유면(절삭면과 나란한 면)이 공작물과 마찰하며 평행하게 깎여 나가는 마모 현상을 플랭크 마모(flank wear)라 한다.
반면 크레이터 마모는 경사면(rake face)에 오목하게 파이는 마모로, 절삭면에 평행한 마모와는 형태가 다르다.

CNC 기계의 이송축 움직임(속도·위치)을 전기적 신호로 검출해 제어장치에 피드백하는 장치는 리졸버(resolver)이다.
리졸버는 회전각을 전기신호로 변환하는 위치 검출용 서보 소자로, 서보모터나 볼 스크루 축에 결합되어 사용된다.

연삭숫돌의 입도 번호가 작을수록 입자가 굵고, 클수록 입자가 곱다. 따라서 입도가 낮은 숫돌이 입도가 높은 숫돌보다 입자 크기가 크다.
연삭입자 기호 C는 탄화규소계 입자를 의미하며, 갈색 알루미나는 별도의 기호로 표시된다.
결합제 기호 R은 고무(러버) 결합제를 의미하며, 레지노이드 결합제는 다른 기호로 표시된다.
결합도는 기호가 낮을수록 연한(무른) 숫돌, 높을수록 굳은(단단한) 숫돌에 가까워 서술 순서가 반대이다.

드릴링 머신은 구멍을 뚫거나 다듬는 가공(스폿 페이싱, 카운터 보링, 카운터 싱킹 등)만 가능할 뿐, 널링(knurling)과 같이 표면에 요철 무늬를 눌러 새기는 작업은 할 수 없다.
널링은 공작물을 회전시키며 롤러 공구로 눌러 새기는 작업으로 선반에서 수행하는 작업이다.

나사 연삭기의 연삭방식은 크게 다인식, 단식, 센터리스식으로 구분되며, "역식 나사연삭 방법"이라는 방식은 존재하지 않는다.
다인식은 나사산 모양의 숫돌로 한 번에 연삭하는 방식, 단식은 숫돌 한 개로 나사산을 따라 이송하며 연삭하는 방식, 센터리스식은 센터 없이 지지대로 공작물을 받쳐 연삭하는 방식이다.

온도 변화에 따른 게이지 블록의 길이 오차는 선팽창 공식으로 구한다.
$\Delta l = l \cdot \alpha \cdot \Delta T$
$\Delta l = 20~\mathrm{mm} \times 1.0 \times 10^{-6}/^{\circ}\mathrm{C} \times (36-20)^{\circ}\mathrm{C} = 3.2 \times 10^{-4}~\mathrm{mm}$
따라서 온도 상승으로 생긴 오차는 3.2×10⁻⁴ mm이다.

선반, 연삭기, 플레이너는 모두 공작물에서 칩을 깎아내는 절삭 공작기계이다.
굽힘 프레스는 재료를 소성 변형시켜 굽히는 소성가공(성형) 기계로, 칩을 제거하는 절삭가공이 아니므로 정답에 해당한다.

선반에서 사용하는 맨드릴은 갱 맨드릴, 나사 맨드릴, 테이퍼 맨드릴 등으로 구분되며, "이동식 맨드릴"이라는 종류는 일반적으로 분류되지 않는다.
테이퍼 맨드릴은 살짝 테이퍼진 축에 구멍을 압입해 고정하는 표준 방식이고, 나사 맨드릴은 나사 가공물을 고정할 때, 갱 맨드릴은 같은 지름의 공작물을 여러 개 연속 가공할 때 사용한다.

레이디얼 드릴링 머신은 큰 가공물을 테이블에 고정한 채, 암(arm)을 따라 드릴 헤드가 이동하며 원하는 가공 위치로 찾아가는 구조이다.
가공물이 크고 무거워 이동시키기 어려운 경우, 공작물은 고정하고 공구 쪽을 이동시키는 것이 효율적이므로 이러한 구조가 사용된다.

일감에 회전과 이송을 주고 숫돌을 약한 압력으로 접촉시켜 매우 작고 빠른 진동을 주며 다듬는 가공법은 슈퍼 피니싱(super finishing)이다.
미세한 요철과 표면 손상층을 제거해 극히 매끄러운 표면을 얻는 정밀 다듬질 방법으로, 미세 진동을 이용한다는 점에서 다른 다듬질 가공과 구분된다.

선반은 오랜 시간 정밀하게 사용해야 하므로 기계적 마모가 적고 내구성이 좋으면서도 가격이 저렴한 것이 바람직한 설계 조건이다.
"기계적 마모가 높고, 가격이 저렴할 것"은 마모가 적어야 한다는 조건과 반대되므로 옳지 않은 설명이다.

선반의 주요 구조부는 베드, 주축대(헤드스톡), 심압대, 왕복대 등으로 구성된다.
회전 테이블은 밀링머신이나 지그보링머신 등에서 공작물을 회전·분할시킬 때 쓰는 부속장치로, 선반의 기본 구조부가 아니다.

아래쪽 롤러 사이 치수 M1=10mm에 게이지 블록 높이 30mm만큼 벌어진 양을 더하면 M2 = 13mm가 된다.
기울기 0.05는 한쪽 경사면의 기울기이므로, 높이 30mm를 올라가는 동안 한쪽 면은 0.05 × 30 = 1.5mm 바깥으로 벌어진다.
플러그 게이지는 좌·우 두 경사면이 동시에 벌어지므로 폭의 증가량은 1.5 × 2 = 3mm이고, $M_2 = 10 + 3 = 13\,\mathrm{mm}$이다.
기울기를 테이퍼(양쪽을 합한 값)로 잘못 보아 0.05 × 30 = 1.5mm만 더하면 11.5mm가 나오는데, 이는 기울기와 테이퍼의 정의를 혼동한 결과다.

블록게이지를 이용해 삼각함수(사인 함수)로 각도를 길이로 환산하여 측정하는 측정기는 사인 바(sine bar)이다.
사인 바의 양 롤러 밑에 블록게이지를 쌓아 높이차를 만들고, 그 높이차와 롤러 간 거리로 각도를 $\sin\theta = \dfrac{h}{L}$ 관계로 구한다.

하향절삭(down milling)은 커터의 회전 방향과 이송 방향이 같아 테이블이 커터 쪽으로 끌려가려는 힘이 생기므로, 이를 막기 위한 백래시 제거장치가 반드시 필요하다.
반면 상향절삭은 이송 방향과 회전 방향이 반대라 테이블이 밀리지 않으므로 백래시 제거장치가 필수는 아니며, 이 점에서 상향절삭에 백래시 제거장치가 필요하다는 설명은 옳지 않다.

밀링머신의 주축 회전운동을 직선 왕복운동으로 바꿔주는 부속장치는 슬로팅 장치(slotting attachment)이다.
슬로팅 장치를 부착하면 밀링머신에서도 키홈이나 스플라인 같은 직선 홈을 셰이퍼처럼 가공할 수 있다.

단식 분할법에서 크랭크 회전수는 $n = \dfrac{40}{N}$이다. 여기에 N=15를 대입하면 $n = \dfrac{40}{15} = 2\dfrac{10}{15}$이 된다. 따라서 크랭크를 2회전시키고 15구멍열 분할판에서 10구멍씩 더 보내면 된다.

일반적인 손다듬질 작업은 거친 절단부터 정밀 마무리 순서로 진행되므로, 쇠톱 → 정 → 줄 → 스크레이퍼 순서가 옳다.
쇠톱으로 재료를 절단하고, 정으로 큰 요철을 깎아낸 뒤, 줄로 형상을 다듬고, 마지막으로 스크레이퍼로 정밀하게 마무리한다.

수직 원통을 한 평면으로 비스듬히 자른 뒤 옆면을 펼치면 절단선은 정현곡선(사인곡선)이 되므로, 아래는 직선이고 위쪽이 한 주기의 매끄러운 파형을 이루는 전개도가 맞다.
밑면 중심각을 θ, 반지름을 r, 절단면의 경사각을 α라 하면 각 위치의 모선 높이는 $h = a + r\tan\alpha\cos\theta$로 표현된다. 전개하면 가로축이 호의 길이 rθ가 되므로 높이는 θ에 대한 삼각함수 곡선으로 나타난다.
위로 볼록한 아치형이나 좌우 직선이 가운데서 꺾이는 V자형은 높이가 θ에 비례해 변한다는 뜻이어서 원통의 경사 절단과 맞지 않고, 양 끝만 살짝 들린 얕은 원호형도 변곡점이 없어 한 주기의 사인 파형과는 다른 형상이다.

SM20C는 기계구조용 탄소강재로, 재료 기호 뒤의 숫자 "20"은 탄소 함유량이 약 0.20%임을 나타내며 규격상 0.18~0.23% 범위를 의미한다.
즉 SM◯◯C 형식에서 ◯◯ 숫자는 탄소 함유율(%)에 100을 곱한 값에 해당한다.

전체 길이 920mm를 200mm와 참고치수 (420)mm가 나누어 쓰고 남은 값이므로 A = 300mm이다.
도면의 치수선을 보면 왼쪽 기준선에서 200 → (420) → A 가 차례로 이어져 전체 치수 920mm와 같은 구간을 나누고 있다.
따라서 $A = 920 - 200 - 420 = 300\,\mathrm{mm}$이다. 양 끝에 따로 기입된 45mm는 플랜지 두께를 나타내는 치수여서 이 합산에 다시 더하지 않는다.

대상물의 일부를 파단한 경계나 떼어낸 경계를 표시하는 선은 불규칙한 파형의 가는 실선(파단선)이다.
파단선은 손으로 그린 듯한 불규칙한 물결 모양이 특징이며, 부품의 일부를 생략하거나 절단면을 나타낼 때 사용한다.

정면도는 왼쪽 절반이 전체 높이, 오른쪽 절반이 그 절반 높이인 계단형 외형에 왼쪽 위 모서리에서 오른쪽 아래 모서리까지 한 줄기로 이어지는 경사선이 그려진 것이 맞다.
평면도가 같은 크기의 정사각형 둘로 나뉘어 있으므로 물체는 폭 방향으로 2등분되고, 그 가운데 세로선은 계단의 수직 벽면을 위에서 본 선이다. 우측면도의 가운데 가로선은 낮은 쪽 단의 윗면이 만드는 능선이므로 높이도 2등분된다.
평면도와 우측면도에 각각 나타난 두 사선은 두 단을 비스듬히 깎아낸 서로 평행한 경사면의 자취다. 두 면이 평행하므로 정면도에서도 기울기가 같고, 폭과 높이의 중앙인 계단 모서리를 정확히 지나 한 직선처럼 이어져 보인다.
따라서 계단이 반대로 꺾여 오른쪽이 높은 형상이거나, 실제 능선이 아닌 가로·세로 구획선을 안쪽에 덧그린 형상은 주어진 평면도·우측면도와 맞지 않는다.

특별히 범위나 영역을 표시하기 위한 틀의 선(특수지정선)은 굵은 1점쇄선으로 그리며, 가는 실선을 사용하지 않는다.
반면 반복되는 모양의 생략, 테이퍼 부분 설명, 소재의 굽은 부분 등을 나타내는 선은 모두 가는 실선으로 그리는 경우에 해당한다.

피치면이 모두 원통인 두 기어의 축이 서로 만나지 않고 직각으로 어긋나 있으며 잇줄이 비틀려 있으므로 나사 기어(스크루 기어)다.
간략도에서 잇줄 방향은 3개의 가는 실선 사선으로 표시하는데, 각 기어가 직사각형으로 보이는 투상도마다 사선이 그려져 있어 두 기어 모두 잇줄이 축에 대해 기울어져 있음을 나타낸다. 두 축은 높이가 달라 한 점에서 만나지 않은 채 90°로 엇갈려 있다.
잇줄 사선이 없으면 잇줄이 축과 나란한 스퍼 기어다.
잇줄이 비틀려 있어도 두 축이 평행하면 헬리컬 기어다.
스파이럴 베벨 기어는 피치면이 원통이 아니라 원뿔이고 두 축이 한 점에서 만난다.

공차붙이 형체와 데이텀 형체 두 곳에 함께 적용하려면 공차값 뒤와 데이텀 문자 뒤에 각각 Ⓜ을 붙여 φ0.04 Ⓜ | A Ⓜ 형태로 기입해야 한다.
공차값 뒤의 Ⓜ은 규제되는 형체가 최대실체상태일 때 지시한 공차가 적용된다는 뜻이고, 데이텀 문자 뒤의 Ⓜ은 데이텀 형체의 최대실체상태를 기준으로 삼는다는 뜻이다. 두 곳 모두에 적용하려면 두 기호를 모두 적어야 한다.
공차값 뒤에만 Ⓜ이 있으면 데이텀 형체에는 적용되지 않는다.
데이텀 문자 뒤에만 Ⓜ이 있으면 공차붙이 형체에는 적용되지 않는다.
Ⓜ을 독립된 칸으로 따로 나누어 넣는 기입 방법은 규격에 없다.
기호 기입 방식은 출제 당시의 KS 기하공차 표기 기준을 따른다.

관용 평행나사는 나사 기호 G로 표시하며, 등급(A급/B급)은 호칭 치수 뒤에 붙여 "G 1/2 A"와 같이 표기한다.
참고로 관용 테이퍼나사의 암나사는 Rc, 수나사는 R 기호를 사용하므로 이와 구분해야 한다.

용접기호가 실선(기준선) 쪽에 놓여 있고 두 줄 평행선 모양의 I형 맞대기 용접 기호 뒤에 길이 50이 적혀 있으므로, 화살표 쪽에서 용접길이 50mm의 맞대기 용접을 뜻한다.
기준선은 실선, 그 아래 나란히 그린 파선은 식별선이다. 용접기호가 실선 쪽에 있으면 화살표가 가리키는 쪽을, 파선 쪽에 있으면 그 반대쪽을 용접하라는 뜻이다.
기호 앞의 s6은 용접부의 깊이(목두께) 6mm를, 기호 뒤의 50은 용접 길이를 나타낸다. 필릿 용접이라면 직각삼각형 모양의 기호를 쓰므로 여기 그려진 평행선 기호와는 다르며, 기호 해석은 출제 당시 KS 용접기호 기준을 따른다.

가공방법 표시 기호 "SPBR"의 SP는 특수 가공을, BR은 배럴(barrel)을 의미하여 배럴 연마(barrel finishing) 가공을 나타낸다.
배럴 연마는 공작물과 연마재를 회전 또는 진동하는 통(배럴) 속에 넣고 서로 부딪히게 하여 표면을 다듬는 가공법이다.

나사의 리드(lead)는 나사가 1회전할 때 축 방향으로 이동하는 거리로, 줄수와 피치의 곱으로 구한다.
$L = n \times p = 2 \times 2~\mathrm{mm} = 4~\mathrm{mm}$
따라서 "2줄 M20×2" 나사의 리드는 4mm이다.

암(arm)이나 형강처럼 단면을 90° 회전시켜 그 모양을 그대로 나타내거나, 절단할 곳의 전후를 끊어 그 사이에 단면 모양을 그려 넣는 방법을 회전도시 단면도라 한다.
암, 리브, 축, 형강 등 길이 방향으로 긴 부재의 단면 형상을 효과적으로 나타낼 때 사용한다.

합금 공구강은 STD(냉간·열간 금형용), STF(열간 금형용), STS(절삭용·내충격용) 등의 기호로 분류된다.
STC는 합금 원소를 첨가하지 않은 탄소 공구강의 기호이므로 합금 공구강 재질 기호에 해당하지 않는다.

지시선, 치수선, 해칭선은 모두 가는 실선으로 그리는 선이다.
반면 피치선은 반복되는 형체(기어의 피치원, 볼트 구멍의 피치 등)의 위치를 나타내는 선으로, 가는 1점쇄선으로 그린다.

화살표가 위에서 아래로 향하고 있으므로 구하는 것은 평면도이며, 왼쪽 끝이 둥근 윤곽 안에 큰 구멍이 뚫려 있고 오른쪽 한 단 높은 블록의 왼쪽 경계선이 위에서 아래까지 실선으로 끊김 없이 이어진 그림이 맞다.
오른쪽의 높은 블록은 위에서 그대로 보이므로 그 왼쪽 경계선은 숨김 없이 실선 한 줄로 이어져야 하고, 블록 윗면에 뚫린 작은 구멍도 실선 원으로 나타난다.
반대로 낮은 단의 경계선이 그 높은 블록 아래로 지나가는 구간은 위에서 가려지므로 파선(숨은선)으로 그려야 한다. 이 선을 빼먹거나, 거꾸로 블록의 경계선을 파선으로 끊어 그린 그림은 보이는 선과 숨은선을 뒤바꾼 것이다.
또 왼쪽 끝은 반원으로 둥글게 마무리되어 있으므로, 외형을 직각으로 꺾인 사각 윤곽으로 그리고 둥근 부분을 안쪽 선으로만 나타낸 그림도 맞지 않는다.

I 형강은 모양 기호 → 단면 치수(높이×너비×두께) → 길이 순으로 적으므로 I A×B×t - L이 된다.
그림에서 A는 형강의 높이, B는 플랜지의 너비, t는 웨브 두께, L은 재료의 길이를 가리킨다.
모양 기호가 맨 앞에 오고 길이는 하이픈 뒤에 마지막으로 붙는다. 높이와 너비의 순서를 바꾸거나 길이를 앞세워 쓰는 표기법은 쓰지 않는다.

체인 스프로킷 휠의 피치원 지름을 나타내는 선은 가는 1점쇄선이다.
KS 기계제도 규칙에서 피치원이나 피치선처럼 위치를 나타내는 기준선은 가는 1점쇄선으로 그리도록 정하고 있으며, 이는 기어의 피치원을 표시할 때와 같은 규칙이다.
가는 실선은 치수선·해칭선 등에, 굵은 1점쇄선은 특수지정선에 쓰이므로 피치원 표시와는 구분된다.

최대 틈새는 구멍의 최대 허용치수 − 축의 최소 허용치수로 구하므로 0.007 mm가 된다.
구멍이 $\phi 35^{+0.003}_{-0.001}$이므로 최대 허용치수는 35.003 mm이고, 축이 $\phi 35^{+0.001}_{-0.004}$이므로 최소 허용치수는 34.996 mm이다.
최대 틈새 = 35.003 − 34.996 = 0.007 mm
반대로 축의 최대(35.001)에서 구멍의 최소(34.999)를 빼면 0.002 mm가 나오는데, 이것은 틈새가 아니라 최대 죔새이므로 혼동하지 않아야 한다.

0℃ 이하의 저온에서 담금질강의 잔류 오스테나이트를 마텐자이트로 변태시켜 제거하는 열처리는 심냉처리(subzero treatment)이다.
담금질 후 남은 잔류 오스테나이트는 시간이 지나면서 서서히 마텐자이트로 변태되어 치수가 변하는 원인이 되므로, 담금질 직후 0℃ 이하로 냉각하여 변태를 완결시켜 치수 안정성을 확보한다.
저온뜨임은 담금질 후 인성을 보완하기 위한 후속 처리이고, 마템퍼링은 베이나이트 조직을 얻기 위한 항온열처리, 용체화처리는 합금원소를 고용시키는 처리로 목적이 다르다.

열간 가공과 냉간 가공을 구분하는 기준 온도는 재결정 온도이다.
재결정 온도 이상에서 가공하면 소성변형으로 생긴 가공경화가 재결정에 의해 계속 해소되므로 열간 가공, 재결정 온도 미만에서 가공하면 가공경화가 남아 냉간 가공으로 분류한다.
포정 온도·공석 온도·공정 온도는 상태도 상의 반응 온도로 가공 구분과는 관계가 없다.

소결합금은 분말 야금 기술으로 금속 분말을 압축·소결하여 만든 합금이며, 초경합금(텅스텐카바이드+코발트)이 대표적인 소결합금 공구강이다. 스프링강은 탄소강 계열, 탄소공구강은 일반 야금으로 제조되는 강, 기계구조용강은 구조용 강재로 모두 소결합금이 아니다.

공구 재료는 인성이 커야 하고 취성은 작아야 하므로, 취성이 클 것이라는 조건이 틀린 설명이다.
절삭 중 충격이나 진동을 받는 공구는 잘 깨지지 않도록 인성이 충분해야 하며, 취성이 크면 날 끝이 쉽게 결손된다.
고온경도가 큰 것은 절삭열에 의한 경도 저하를 막아야 하므로 옳은 조건이다.
내마멸성이 큰 것은 공구 수명을 위해 필요한 조건이다.

플라스틱 재료는 대체로 표면경도가 낮은 편이므로 표면경도가 높다는 설명이 틀렸다.
고분자 사슬로 이루어진 플라스틱은 금속에 비해 경도가 낮아 스크래치에 약하지만, 열에 약하고 성형성이 좋으며 대부분 전기 절연성이 우수한 것은 옳은 성질이다.

주철에서 탄소강처럼 강인성이 우수한 조직을 만드는 흑연 모양은 구상흑연이다.
구상흑연주철은 흑연을 구상(둥근 형태)으로 정출시켜 응력 집중을 줄임으로써 편상흑연주철보다 인장강도와 연신율이 크게 향상된다.
편상흑연은 응력 집중이 커 취성이 크고, 괴상흑연·공정상흑연은 구상화가 불완전한 형태로 강인성 확보에는 불리하다.

구리합금 중 최고의 강도를 갖는 석출경화성 청동은 베릴륨 청동이다.
베릴륨을 첨가한 청동은 시효경화(석출경화)로 매우 높은 강도를 얻을 수 있고 내열성·내식성도 우수하여 고급 스프링이나 베어링 재료로 쓰인다.
납청동은 내마모성 위주의 베어링용, 인청동은 스프링·탄성재료용, 알루미늄청동은 내식성·강도를 노린 구조용 재료이지만, 석출경화로 얻는 강도는 모두 베릴륨청동에 미치지 못한다.

발전기·전동기·변압기의 철심 재료로 가장 적합한 특수강은 규소강이다.
규소를 첨가하면 전기저항이 커져 와전류손이 줄고 히스테리시스손도 낮아지므로 교류 자기회로용 철심에 적합하다.
베어링강은 내마모성, 스프링강은 탄성, 고속도공구강은 절삭공구용으로 각각 용도가 다르다.

알루미늄의 비중은 약 2.7이므로 비중이 약 7.8이라는 설명이 틀렸다.
비중 7.8은 철강 재료에 해당하는 값이며, 알루미늄은 경금속으로 분류될 만큼 가볍다.
알루미늄은 면심입방격자 구조이고 용융점이 약 660℃이며, 표면에 치밀한 산화피막이 생겨 대기 중 내식성이 좋은 것은 옳은 성질이다.

담금질 시 냉각속도가 가장 빠를 때 얻어지는 조직은 마텐자이트이다.
냉각속도가 느린 순서대로 소르바이트, 트루스타이트, 마텐자이트 조직이 나타나며, 냉각속도가 가장 빠를 때 오스테나이트가 확산 없이 무확산 변태하여 마텐자이트가 형성된다.
오스테나이트는 담금질 이전의 고온 조직이므로 냉각속도에 따라 얻어지는 담금질 결과 조직과는 구분된다.

계산 결과 전달동력은 약 5.0kW이다.
스프로킷의 피치원 지름은 $D = \dfrac{p}{\sin(180^\circ/z)} = \dfrac{12.7}{\sin(5.625^\circ)} \approx 129.6\ \mathrm{mm}$이다.
이때 체인 속도는 $v = \dfrac{\pi D N}{60000} \approx \dfrac{\pi \times 129.6 \times 500}{60000} \approx 3.39\ \mathrm{m/s}$이고, 허용장력은 파단하중을 안전율로 나눈 $F = \dfrac{22.10}{15} \approx 1.47\ \mathrm{kN}$이다.
따라서 전달동력은 $P = F \times v \approx 1.47 \times 3.39 \approx 5.0\ \mathrm{kW}$이다.

계산 결과 가장 작은 적합 규격은 M14이다.
볼트에 걸리는 인장하중은 $W = 0.45\,\mathrm{t} \times 9.8\ \mathrm{m/s^2} \approx 4.41\ \mathrm{kN}$이며, 허용인장응력 $\sigma_a=48\ \mathrm{MPa}$로부터 골지름은 $d_1 = \sqrt{\dfrac{4W}{\pi \sigma_a}} \approx \sqrt{\dfrac{4 \times 4410}{\pi \times 48}} \approx 10.8\ \mathrm{mm}$이다.
바깥지름은 골지름의 1.25배이므로 $d \approx 1.25 \times 10.8 \approx 13.5\ \mathrm{mm}$가 되고, 이 값 이상인 표준 미터나사 중 가장 작은 규격을 선정하면 M14가 된다.

원형 봉의 비틀림 변형에 의한 탄성을 이용하는 스프링은 토션바(비틀림 막대 스프링)이다.
토션바는 단순한 둥근 막대에 비틀림 모멘트를 가했을 때 생기는 탄성 복원력을 스프링 작용으로 이용하는 형태로, 자동차 현가장치 등에 쓰인다.
벌류트 스프링과 와이어 스프링, 비틀림 코일스프링은 모두 선재를 감아 만든 스프링으로 소재 자체가 굽힘·비틀림을 받는 코일 형태이며, 단일 원형 봉이 직접 비틀리는 토션바와는 형태가 다르다.

용접이음은 리벳이음 등 다른 이음법에 비해 오히려 작업 공정이 적은 것이 장점이므로, 작업 공정이 많은 편이라는 설명은 용접이음의 단점으로 볼 수 없다.
내부 결함이 생기기 쉽고 정확한 검사가 어려운 점은 용접이음의 실제 단점이다.
용접공의 숙련도에 따라 이음부 강도가 좌우되는 점도 단점이다.
용접열로 인한 잔류응력이 발생하기 쉬워 이를 제거하는 후처리가 필요한 점도 단점이다.

볼 베어링의 수명은 베어링에 작용하는 하중의 3승에 반비례한다.
구름베어링 수명식 $L = \left(\dfrac{C}{P}\right)^{r}$에서 볼 베어링은 지수 $r=3$을 적용하므로, 하중 $P$가 커질수록 수명은 하중의 세제곱에 반비례해 급격히 줄어든다.
참고로 롤러 베어링은 지수 $r=10/3$을 적용하는 점에서 볼 베어링과 구분된다.

계산 결과 축 지름은 약 15mm 이상이어야 한다.
전달토크는 $T = 9.55 \times 10^{6} \times \dfrac{P}{N} = 9.55 \times 10^{6} \times \dfrac{2.4}{1800} \approx 12{,}733\ \mathrm{N\cdot mm}$이다.
축의 비틀림 강도 조건 $T = \dfrac{\pi}{16}\tau d^{3}$에서 $d = \sqrt[3]{\dfrac{16T}{\pi \tau}} = \sqrt[3]{\dfrac{16 \times 12733}{\pi \times 20}} \approx 14.8\ \mathrm{mm}$이므로, 축 지름은 약 15mm 이상으로 해야 한다.

전단으로 견디는 힘과 압축(면압)으로 견디는 힘을 같게 두면 b = h라는 관계가 나온다.
키 길이를 l이라 하면 전단에 대한 전달력은 $W=\tau b l$이고, 키 홈 깊이가 키 높이의 1/2이므로 측면 압축에 대한 전달력은 $W=\sigma_c \dfrac{h}{2} l$이다.
두 식을 같게 두면 $\tau b l = \sigma_c \dfrac{h}{2} l$
정리하면 $\dfrac{b}{h/2}=\dfrac{\sigma_c}{\tau}$
주어진 조건 $\dfrac{\tau}{\sigma_c}=\dfrac{1}{2}$에서 $\dfrac{\sigma_c}{\tau}=2$이므로 $b=2\times\dfrac{h}{2}=h$
키 홈 높이를 h가 아니라 h/2로 잡는 것이 이 계산의 갈림길이며, 이를 h로 놓으면 폭과 높이의 비가 절반으로 어긋난다.

피치원 지름이 무한대가 되어 회전운동을 직선운동으로 바꾸는 기어는 래크와 피니언이다.
기어의 피치원 반지름이 한없이 커지면 피치원 곡선이 직선(래크)이 되며, 이 직선형 기어와 맞물리는 피니언(원형 기어)의 조합으로 회전운동을 직선운동으로, 또는 그 반대로 변환한다.
베벨 기어와 웜 기어는 축이 교차하거나 어긋난 회전축 사이의 동력 전달에, 헬리컬 기어는 평행축 사이의 동력 전달에 쓰이므로 직선운동 변환과는 관계가 없다.

회전운동을 왕복운동으로 바꾸어 내연기관의 밸브 개폐기구 등에 쓰이는 기계요소는 캠이다.
캠은 특정한 윤곽(캠 곡선)을 가진 회전체로, 회전축이 돌아가는 동안 종동절을 정해진 운동 법칙에 따라 왕복 운동시킨다.
마찰차와 기어는 회전운동을 다른 축의 회전운동으로 전달하는 요소이고, 클러치는 축 연결·차단에 쓰이므로 왕복운동 변환과는 목적이 다르다.

계산 결과 블록을 드럼에 밀어붙이는 힘은 약 1.09kN이다.
제동토크는 $T = \mu P r$의 관계를 가지므로, 드럼 반지름 $r=0.3\ \mathrm{m}$와 마찰계수 $\mu=0.3$을 이용하면 $P = \dfrac{T}{\mu r} = \dfrac{98.1}{0.3 \times 0.3} = 1090\ \mathrm{N}$이 된다.
단위를 환산하면 약 1.09kN이다.

2차원 동차좌표에 의한 기본적인 좌표 변환에 속하지 않는 것은 돌출(extrusion)이다.
이동(translation), 회전(rotation), 반사(reflection)는 모두 평면(2차원) 상의 점을 다른 위치로 옮기는 동차좌표 변환 행렬로 표현되는 기본 변환이다.
돌출은 2차원 단면을 3차원 방향으로 밀어내어 입체를 생성하는 모델링 연산으로, 2차원 좌표 변환의 범주가 아니다.

CAD 소프트웨어가 반드시 갖추어야 할 기능으로 보기 어려운 것은 인터넷 기능이다.
화면 제어, 도형 편집, 치수 기입 기능은 도면 작성이라는 CAD의 본질적 목적을 위해 필수적인 기능이다.
인터넷 기능은 데이터 공유 등에 활용될 수 있는 부가 기능일 뿐, CAD 소프트웨어의 필수 요건으로 보기는 어렵다.

원 $x^{2}+y^{2}-25=0$ 위의 점 (3, 4)에서의 접선의 방정식은 $3x+4y-25=0$이다.
원 $x^{2}+y^{2}=r^{2}$ 위의 점 $(x_1, y_1)$에서의 접선 공식은 $x_1x + y_1y = r^{2}$이므로, $x_1=3,\ y_1=4,\ r^{2}=25$를 대입하면 $3x+4y=25$, 즉 $3x+4y-25=0$이 된다.

원 $(x+7)^{2}+(y-4)^{2}=64$의 중심좌표는 (-7, 4)이고 반지름은 8이다.
원의 표준형 $(x-a)^{2}+(y-b)^{2}=r^{2}$과 비교하면 $a=-7,\ b=4$이고, $r^{2}=64$이므로 $r=8$이 된다.

B-rep과 비교했을 때 CSG의 특징이 아닌 것은 투상도, 투시도, 전개도, 표면적 계산이 용이하다는 설명이다.
이는 형상의 경계(면·모서리) 정보를 직접 갖는 B-rep 방식의 특징이며, 기본 입체(솔리드 프리미티브)를 불리언 연산으로 조합해 모델을 정의하는 CSG는 표면 데이터를 직접 갖지 않아 이러한 계산에는 상대적으로 불리하다.
불리언 연산으로 명확한 모델을 만들기 쉽고, 데이터가 간결해 메모리가 적게 들며, 형상 수정과 체적·중량 계산이 용이한 것은 CSG의 특징이다.

서피스 모델에서 사용되는 기본 곡면의 종류에 속하지 않는 것은 Topology surface이다.
Revolved surface(회전곡면), Sweep surface(스윕곡면), Bezier surface(베지어곡면)는 모두 서피스 모델링에서 실제로 형상을 생성하는 데 쓰이는 곡면 생성 방식이다.
Topology(위상)는 형상 요소 간의 연결 관계를 뜻하는 개념으로, 곡면을 만드는 방식(곡면의 종류) 자체를 가리키는 용어가 아니다.

특징형상 모델링에 대한 설명 중 옳지 않은 것은 사용 분야와 사용자에 관계없이 특징형상의 종류가 항상 일정하다는 설명이다.
특징형상(feature)의 종류는 실제로는 설계 분야나 사용자의 필요에 따라 다르게 정의되고 확장되는 것이 특징형상 모델링의 특성이다.
모델링 입력을 설계자에게 익숙한 형상 단위로 하고, 각 형상단위가 주요 치수를 파라미터로 갖으며, 모떼기·구멍·필릿·슬롯 등이 전형적인 특징형상이라는 설명은 모두 옳다.

원추단면 곡선(conic section curve)이 아닌 것은 대수곡선(algebraic curve)이다.
포물선, 타원, 쌍곡선은 원뿔을 평면으로 자를 때 단면에 나타나는 대표적인 원추곡선이다.
대수곡선은 대수방정식으로 표현되는 곡선 전반을 가리키는 더 넓은 개념으로, 원추곡선을 포함하는 상위 범주이지 원추곡선 자체를 지칭하는 명칭이 아니다.

동차좌표는 N차원의 벡터를 N+1차원의 벡터로 표현한 것이다.
예를 들어 2차원 점 (x, y)는 동차좌표에서 (x, y, w) 형태의 3차원 벡터로 표현되며, 이렇게 차원을 하나 늘림으로써 이동·회전·스케일 등의 변환을 하나의 행렬 곱으로 통일해 다룰 수 있다.

펜식 플로터에 속하는 것은 리니어 모터식이다.
리니어 모터식은 펜을 직접 종이 위에서 선형 구동시켜 벡터 방식으로 도형을 그리는 펜 플로터의 구동 방식이다.
정전식, 잉크젯식, 열전사식은 모두 점(도트)을 찍어 화상을 형성하는 래스터식 플로터에 속한다.

3차원 형상 표현에서 Z-buffer 방법은 은선 또는 은면을 제거하기 위한 방법이다.
화면의 각 픽셀마다 물체까지의 깊이(Z값)를 저장해 두고, 새로 그려질 면의 깊이값과 비교하여 더 가까운(카메라에 근접한) 면만 화면에 표시함으로써 가려진 면과 선이 보이지 않도록 처리한다.

부피, 무게중심, 관성모멘트 등 공학적 해석을 적용하기에 가장 적합한 모델은 솔리드 모델이다.
솔리드 모델은 형상의 내부와 외부를 명확히 구분하는 완전한 3차원 정보를 가지므로 질량 특성(부피·무게중심·관성모멘트) 계산이 정확하게 이루어진다.
서피스 모델은 표면 정보만, 와이어프레임 모델은 모서리(선) 정보만 가지므로 내부를 전제로 하는 질량 특성 계산에는 한계가 있다.

컬러 잉크젯 플로터에 사용되는 기본 색상이 아닌 것은 green이다.
컬러 잉크젯 플로터는 감산혼합의 3원색인 magenta, cyan, yellow에 black을 더한 CMYK 색상을 기본으로 사용한다.
green(녹색)은 빛의 가산혼합 3원색(RGB)에 속하는 색으로, 잉크젯 플로터의 기본 잉크 색상에는 포함되지 않는다.

나선은 반지름 R인 원운동에 회전각에 비례하는 상승이 더해진 것이므로 $\vec{r}(\theta)=R\cos\theta\,\hat{i}+R\sin\theta\,\hat{j}+\dfrac{p\theta}{2\pi}\hat{k}$가 옳다.
x·y 성분은 반지름이 항상 R인 원이어야 하므로 $x=R\cos\theta,\ y=R\sin\theta$가 되어 $x^2+y^2=R^2$을 만족한다. tan을 쓴 형태는 회전각에 따라 반지름이 변해 원기둥 위의 나선이 되지 못한다.
z 성분은 한 바퀴(θ = 2π)를 돌 때 피치 p만큼 올라가야 하므로 $z=\dfrac{p}{2\pi}\theta$이다. 분모를 π로 두면 한 바퀴에 2p가 상승해 피치의 정의와 어긋난다.

지정된 점(정점)을 모두 통과하도록 만들어진 곡선은 스플라인 곡선(Spline curve)이다.
스플라인 곡선은 주어진 여러 점을 순서대로 모두 지나가도록 보간(interpolation)하여 매끄럽게 연결하는 곡선이다.
베지어 곡선, B-스플라인 곡선, NURBS 곡선은 조정점을 이용해 곡선의 형태를 근사적으로 제어할 뿐, 양 끝점을 제외한 중간 조정점은 대체로 통과하지 않는다.

CAD를 이용한 설계 과정과 제도판을 이용한 종래의 2차원 설계 과정의 차이점에 해당하지 않는 것은 개념 설계 단계를 거치는 점이다.
개념 설계 단계는 CAD를 쓰든 제도기를 쓰든 설계 과정에서 공통으로 거치는 단계이므로 두 방식의 차이로 볼 수 없다.
전산화된 데이터베이스 활용, 컴퓨터에 의한 해석 용이성, 형상의 수치 데이터화·저장은 CAD 설계가 갖는 고유한 특징으로 제도판 작업과 구분되는 차이점이다.

베지어 곡선에 대한 설명 중 옳지 않은 것은 n개의 정점에 의해 정의된 곡선은 (n+1)차 곡선이라는 설명이다.
n개의 정점(조정점)으로 정의되는 베지어 곡선은 (n-1)차 곡선이 되므로, 정점 개수보다 차수를 하나 더 크게 말한 것이 오류이다.
곡선이 양 끝점을 통과하는 점, 하나의 정점 변화가 곡선 전체 형상에 영향을 미치는 점, 곡선이 정점들을 연결한 다각형(제어 다각형)의 내측에 존재하는 점은 모두 베지어 곡선의 옳은 성질이다.

액정이라는 빛을 편광시키는 유기화합물을 쓰고 별도의 백라이트가 필요한 표시장치는 TFT-LCD이다.
전자총과 형광면을 쓰지 않으므로 화면을 얇게 만들 수 있지만, 스스로 빛을 내지 못해 뒤에서 빛을 비춰 주어야 하고 보는 각도에 따라 밝기와 색이 변하는 시야각 문제가 따라온다.
전자총으로 전자빔을 쏘아 형광면을 때리는 방식은 관 길이가 필요해 얇은 모니터를 만들 수 없다.
기체 방전으로 형광체를 발광시키는 방식과 유기물이 스스로 빛을 내는 방식은 모두 자체 발광이어서 백라이트가 필요 없다.

블렌딩(Blending)은 두 곡면이 만나는 날카로운 모서리를 매끄러운 곡면으로 둥글리는 가공을 뜻하며, 반대로 곡면을 예리한 모서리로 만드는 방법이 아니다.
스위핑은 2차원 단면을 안내곡선을 따라 이동시켜 입체를 만드는 방법이고, 스키닝은 여러 단면을 덮는 곡면으로 입체를 생성하는 방법으로 옳은 설명이다.
리프팅 역시 특정면을 원하는 방향으로 이동시켜 물체를 늘어나게 하는 방법으로 옳게 설명되어 있다.

BPS(Bit Per Second)는 1초 동안 전송되는 비트 수를 나타내는 데이터 전송속도 단위이다.
MIPS는 초당 처리 명령어 수로 컴퓨터의 연산 처리속도를 나타내는 단위이다.
DPI는 인치당 점의 수로 인쇄·스캔 해상도를 나타내는 단위이다.
RPM은 분당 회전수로 회전속도를 나타내는 단위이다.