[9급 국가직 기계일반] 18년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

아세틸렌 가스는 공기 중 폭발 범위가 넓은 가연성 가스이므로 "화재의 위험이 없다"는 설명이 옳지 않다.
가스용접에서는 아세틸렌의 누설·역화로 인한 화재·폭발에 대비해 용기 관리, 역화 방지기 설치, 점화 순서 준수 등이 필요하다.
아크용접의 아크는 강한 자외선을 방출하므로 차광 보호구로 눈과 피부를 보호해야 한다.
용접 흄과 유독가스가 발생하므로 환기·배기 설비가 필요하다.
아크용접은 전기를 사용하므로 작업자에게 감전 위험이 있다.

방사선 탐상법(radiographic testing)은 X선·γ선을 투과시켜 내부 결함을 찾는 비파괴시험이다.
비파괴시험은 재료나 제품을 손상시키지 않고 결함·성질을 검사하는 방법으로, 방사선·초음파·자분·침투·와전류 탐상 등이 있다.
인장시험은 시험편을 끊어질 때까지 당겨 강도·연신율을 구하는 파괴시험이다.
피로시험은 반복하중을 가해 파단까지의 반복 횟수를 구하는 파괴시험이다.
샤르피 충격시험은 노치 시험편을 해머로 파단해 흡수에너지를 구하는 파괴시험이다.

니들 롤러베어링은 가늘고 긴 롤러가 축과 평행하게 배열되어 반지름 방향 하중만 지지하므로 축방향 하중 지지에 가장 부적합하다.
축방향 하중을 받으려면 전동체와 궤도 사이의 접촉선이 축방향 성분을 가져야 하는데, 니들 롤러는 접촉선이 축과 평행하다.
단열 깊은 홈 볼베어링은 깊은 궤도 홈 덕분에 반지름 방향 하중과 함께 어느 정도의 축방향 하중도 지지한다.
앵귤라 콘택트 볼베어링은 접촉각을 가져 반지름 방향 하중과 한 방향 축방향 하중을 함께 지지한다.
테이퍼 롤러베어링은 원뿔형 롤러가 경사진 궤도와 접촉해 큰 반지름 방향 하중과 축방향 하중을 함께 지지한다.

"백래시가 자연히 제거된다"는 것은 상향 절삭(up milling)의 특징이므로 하향 절삭의 설명으로 옳지 않다.
하향 절삭은 커터 회전 방향과 공작물 이송 방향이 같아 절삭력이 이송 방향으로 작용하므로, 이송나사의 백래시만큼 테이블이 끌려 들어갈 수 있어 백래시 제거장치가 필요하다.
절삭날이 두꺼운 칩부터 깎기 시작해 미끄럼이 적으므로 날의 마모가 작고 수명이 길다.
절삭날이 공작물을 아래로 누르는 형태라 공작물 고정이 안정적이다.
미끄럼 마찰은 작지만 날이 공작물에 들어갈 때 하향으로 큰 충격력이 작용한다.

회전하는 물체가 유동 속에서 흐름에 수직한 방향의 힘(양력)을 받는 현상은 매그너스 효과(Magnus effect)이다.
물체가 회전하면 한쪽 면은 유속이 빨라지고 반대쪽 면은 느려져 압력 차가 생기며, 이 압력 차가 흐름에 수직한 힘을 만든다. 역회전(백스핀) 골프공이 높이 뜨고 변화구가 휘는 원리이다.
딤플 효과는 골프공 표면의 오목한 홈이 경계층을 난류로 만들어 박리를 늦추고 항력을 줄이는 현상을 가리키며, 회전에 의한 수직력과는 다르다.
웨지 효과는 쐐기 모양 틈에서 유체가 끌려 들어가며 압력이 생기는 현상(미끄럼베어링 유막 등)으로, 회전체의 양력과는 다르다.
스트레치 효과는 회전체가 흐름에 수직한 힘을 받는 현상의 명칭이 아니다.

스프링 상수가 k인 스프링 2개를 직렬로 연결한 경우 등가 스프링 상수가 가장 작아 변위가 가장 크다.
직렬은 $\dfrac{1}{k_{eq}}=\dfrac{1}{k_1}+\dfrac{1}{k_2}$, 병렬은 $k_{eq}=k_1+k_2$이고, 같은 하중 $W$에서 변위는 $\delta=\dfrac{W}{k_{eq}}$이므로 등가 스프링 상수가 작을수록 변위가 크다.
k인 스프링 2개 직렬: $k_{eq}=\dfrac{k}{2}$, $\delta=\dfrac{2W}{k}$로 가장 크다.
k/2인 스프링 2개 병렬: $k_{eq}=k$, $\delta=\dfrac{W}{k}$
2k인 스프링 2개 직렬: $k_{eq}=k$, $\delta=\dfrac{W}{k}$
k인 스프링 2개 병렬: $k_{eq}=2k$, $\delta=\dfrac{W}{2k}$로 가장 작다.

제시된 네 가지 작은 절삭력과 절삭동력, 긴 공구수명, 우수한 표면정밀도 및 표면완전성, 수거가 용이한 칩 형태가 모두 절삭성이 좋다는 의미에 해당한다.
절삭성(피삭성, machinability)은 재료를 얼마나 쉽고 경제적으로 깎을 수 있는지를 나타내며, 보통 공구수명·절삭저항·가공면 품질·칩 처리성으로 평가한다.
절삭력과 절삭동력이 작으면 같은 가공에 드는 에너지가 적어 절삭이 쉽다.
공구수명이 길면 공구 마모가 느려 경제적으로 가공할 수 있다.
표면정밀도와 표면완전성이 우수하면 가공품 품질이 좋아 후가공 부담이 적다.
칩이 잘게 끊어져 수거가 쉬우면 칩 엉킴에 의한 공구·가공면 손상이 줄어든다.

배부름은 변형이 금형 접촉부에 집중되어서가 아니라, 접촉면 마찰로 접촉부의 변형이 억제되고 중앙부가 더 많이 퍼져 생기므로 "변형이 접촉 부위에 집중된다"는 설명이 옳지 않다.
업세팅에서 금형과 닿는 끝면은 마찰 때문에 반지름 방향으로 잘 퍼지지 못하고, 구속이 적은 높이 중앙부가 크게 퍼져 측면이 볼록한 술통 모양이 된다.
금형과 소재 접촉면의 마찰이 배부름의 주원인이라는 설명은 옳다.
금형에 초음파 진동을 주면 접촉면 마찰이 줄어 배부름을 줄일 수 있다.
열간 가공에서 금형 온도가 낮으면 접촉부 소재가 냉각되어 변형저항이 커지므로, 마찰이 작아도 배부름이 생길 수 있다.

그림의 이송계는 스텝모터가 커플링·볼스크루를 거쳐 테이블을 움직일 뿐 위치 검출·피드백 장치가 없으므로 개회로(open loop) 제어방식에 가장 가깝다.
스텝모터는 입력 펄스 수만큼 정해진 각도로 회전하므로, 볼스크루 리드와 펄스 수로 테이블 이동량이 정해진다. 실제 위치를 측정해 되먹임하지 않으므로 구조가 간단하지만 정밀도는 기계 오차에 좌우된다.
폐회로 제어방식은 테이블에 리니어 스케일 등 위치검출기를 달아 실제 위치를 되먹임해야 하는데, 그림에는 그런 검출기가 없다.
적응 제어방식은 절삭력·온도 등 가공 상태를 측정해 절삭 조건을 실시간으로 바꾸는 방식으로, 그림의 단순 이송계와 관계가 없다.
적분 제어방식은 오차를 적분해 보정하는 제어 동작으로, 측정된 오차 신호가 있어야 하므로 피드백이 없는 그림의 구조와 맞지 않다.

모듈로 환산하면 m＝5가 가장 커서 이의 크기가 가장 크다.
모듈 $m=\dfrac{p}{\pi}\,\mathrm{(mm)}$, 지름피치와의 관계는 $m=\dfrac{25.4}{p_d}$이며, 모듈이 클수록 이가 크다(지름피치는 클수록 이가 작다).
p＝15: $m=\dfrac{15}{\pi}\approx 4.77$
pd＝8: $m=\dfrac{25.4}{8}\approx 3.18$
m＝3: 모듈 3으로 m＝5보다 작다.

볼과 베어링 내륜은 점접촉을 하므로 면접촉에 해당하지 않는다.
기구의 대우는 접촉 형태에 따라 면으로 접촉하는 면접촉(lower pair)과 점·선으로 접촉하는 점·선접촉(higher pair)으로 나뉜다. 볼베어링의 볼은 궤도와 점으로 접촉하며 구름운동을 한다.
수나사와 암나사는 나사면끼리 맞닿는 면접촉(나사 대우)이다.
피스톤과 실린더는 원통면끼리 미끄러지는 면접촉이다.
미끄럼베어링과 축은 저널면과 베어링면이 맞닿는 면접촉(회전 대우)이다.

연강의 공칭응력－변형률 선도에서 가장 큰 값은 최대 하중을 원래 단면적으로 나눈 인장강도이다.
공칭응력은 원단면적 기준이므로, 최대 하중점 이후 네킹으로 하중이 줄면 공칭응력도 감소한다. 따라서 크기 순서는 비례한도 ＜ 항복강도 ＜ 인장강도이고, 파단강도는 인장강도보다 작다.
비례한도는 응력과 변형률이 정비례하는 한계로 가장 낮은 축에 속한다.
항복강도는 소성변형이 시작되는 응력으로 인장강도보다 작다.
파단강도는 네킹 후 하중이 줄어든 상태에서 파단되는 공칭응력이라 인장강도보다 작다.

증기기관에서 터빈을 나온 수증기를 냉각해 물로 응축시키는 열교환 장치는 복수기(condenser)이다.
랭킨 사이클은 급수 펌프(압축) → 보일러(가열·증발) → 터빈(팽창) → 복수기(응축) 순으로 순환한다.
터빈은 고온·고압 증기를 팽창시켜 일을 얻는 장치이다.
보일러는 물을 가열해 증기로 만드는 장치로 방향이 반대이다.
급수 펌프는 응축된 물을 보일러 압력까지 승압해 보내는 장치이다.

저항용접은 통전 시간이 짧아 작업속도가 빠르고 자동화가 쉬워 대량생산에 적합하므로, "작업속도가 느려 대량생산에 적용하기 어렵다"는 설명이 옳지 않다.
저항용접은 모재 접촉부에 큰 전류를 흘려 전기저항 발열($Q=I^2Rt$)로 가열하고 압력을 가해 접합한다. 점용접·심용접 등이 자동차 차체 생산에 널리 쓰인다.
전극과 모재 사이의 접촉저항은 작게 하여 열이 모재끼리의 접합부에 집중되도록 한다.
통전시간은 모재의 재질·두께 등에 따라 달리 정한다.
금속의 전기저항에 의한 발열 특성을 이용하는 용접법이다.

보기 중 냉각속도가 가장 느린 경우에 나타나는 조직은 소르바이트(sorbite)이다.
오스테나이트에서 냉각속도가 빨라질수록 소르바이트 → 트루스타이트 → 마르텐사이트 순으로 조직이 미세·경화되며, 소르바이트는 이들 중 가장 느린 냉각에서 얻어진다.
투르스타이트(troostite)는 소르바이트보다 빠른 냉각에서 나타나는 조직이다.
마르텐사이트는 임계냉각속도 이상의 급랭에서 생기는 조직이다.
잔류 오스테나이트는 급랭 시 마르텐사이트로 변태하지 못하고 남은 오스테나이트이다.

신속금형으로 만든 금형은 기계가공한 기존 금형보다 수명이 짧은 편이므로 "수명이 길다"는 설명이 옳지 않다.
신속금형은 신속조형(rapid prototyping) 기술로 금형을 빠르게 만들어 시제품·소량 생산에 쓰는 기술로, 제작 기간과 비용은 줄지만 강도·내마모성은 기존 금형에 미치지 못한다.
신속조형 기술로 주형이나 주형 인서트를 제작하는 기술이라는 설명은 옳다.
CAD 데이터로 바로 만들어 설계과정이 단순하고, 소프트웨어로 수축을 보상할 수 있다.
금속분사금형기술(sprayed-metal tooling), 켈툴(keltool) 공정 등이 대표적 방법이다.

평삭공정은 공구 또는 공작물의 직선 왕복운동으로 절삭하므로 "공구의 회전운동"을 절삭운동으로 짝지은 조합이 옳지 않다.
평삭(planing, 플레이너)은 공작물이 직선 왕복하며 절삭하고 공구가 직선으로 간헐 이송되며, 셰이퍼는 공구가 직선 왕복한다. 어느 쪽이든 절삭운동은 직선 왕복운동이다.
선삭은 공작물이 회전하며 절삭하고 공구가 직선 이송한다.
드릴링은 공구(드릴)가 회전하며 절삭하고 공구가 축방향으로 직선 이송한다.
밀링은 공구(커터)가 회전하며 절삭하고 공작물(테이블)이 직선 이송한다.

프로그램은 N20~N40에서 주축시계방향회전 → 직선보간 → 원호보간 순으로 진행된다.
블록별 의미는 N10 G00 급속이송, N20 M03 주축 시계방향(정)회전(S1000), N30 G01 직선보간(F160), N40 G02 시계방향 원호보간(R15.0), N50 M09 절삭유 정지, N60 M05 주축 정지이다. 따라서 전체 순서는 급속이송 → 주축회전 → 직선보간 → 원호보간 → 절삭유정지 → 주축정지이다.
급속이송→직선보간→주축시계방향회전: 주축회전(M03)이 직선보간(G01)보다 먼저 지령되므로 순서가 틀리다.
직선보간→주축정지→절삭유정지: 절삭유정지(M09)가 주축정지(M05)보다 먼저이고, 그 사이에 원호보간도 있으므로 틀리다.
원호보간→직선보간→주축정지: 직선보간(N30)이 원호보간(N40)보다 먼저이므로 틀리다.

램이 상사점 또는 하사점에 오는 것은 링크 A와 B가 직각일 때가 아니라 일직선을 이룰 때이므로, "직각을 이룰 때"라는 설명이 옳지 않다.
그림은 크랭크 역할의 링크 A가 회전하며 링크 B를 통해 너클(토글) 조인트를 밀고 당겨, 두 너클 링크가 펴지거나 굽혀지면서 램을 위아래로 움직이는 구조이다. 크랭크와 연결 링크가 일직선이 되는 순간 링크 B의 왕복 위치가 끝점에 이르러 램이 행정 끝(사점)에 놓인다.
그림은 두 링크를 관절로 이은 너클 조인트로 램을 누르는 너클조인트 프레스이다.
링크 A의 회전운동이 링크 B와 너클 조인트를 거쳐 램의 직선 왕복운동으로 바뀐다.
너클 링크가 일직선에 가까워지는 가압행정 끝에서 배력 효과로 매우 큰 힘을 얻을 수 있다.

고용체가 정출되면서 남은 액체와 반응해 새로운 고용체를 만드는 반응은 포정(peritectic)이므로, 이를 편정이라 한 설명이 옳지 않다.
편정(monotectic)은 하나의 액체가 냉각 중 고체와 조성이 다른 또 다른 액체로 분리되는 반응($L_1 \rightarrow \alpha + L_2$)이다.
균일한 액체가 응고하며 두 성분의 결정이 일정 비율로 혼재된 조직이 되는 것은 공정(eutectic)이라는 설명은 옳다.
두 금속이 균일하게 융합되어 기계적 방법으로 성분을 구분할 수 없는 것은 고용체라는 설명은 옳다.
화학적 친화력이 큰 금속들이 간단한 원자비로 결합해 별개의 물질이 되는 것은 금속간 화합물이라는 설명은 옳다.