7급 국가직 기계설계 2024년 기출문제

두께 2 mm인 알루미늄판에서 지름 100 mm의 원을 펀칭하는 데 필요한 최소 힘[kN]은? (단, 알루미늄의 전단강도는 200 MPa이고, $\pi$ ＝ 3이다)

다음은 서로 연결되는 축과 구멍의 크기를 나타내고 있다. 같은 종류의 끼워맞춤으로만 묶은 것은?

ㄱ. 축 $\varphi 48_{+0.2}^{+0.3}$, 구멍 $\varphi 48_{-0.1}^0$

ㄴ. 축 $\varphi 35_{-0.1}^0$, 구멍 $\varphi 35_{+0.1}^{+0.2}$

ㄷ. 축 $\varphi 45_{-0.15}^{+0.15}$, 구멍 $\varphi 45_{-0.05}^{+0.25}$

ㄹ. 축 $\varphi 20_{-0.01}^{+0.15}$, 구멍 $\varphi 20_{-0.05}^{-0.02}$

축이음 기계요소 중 하나인 고정 커플링에 해당하는 것만을 모두 고르면?

ㄱ. 유니버설 커플링(universal coupling)

ㄴ. 기어 커플링(gear coupling)

ㄷ. 플랜지 커플링(flange coupling)

ㄹ. 클램프 커플링(clamp coupling)

원뿔키(cone key)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

지름이 $d$[mm]인 중실축과 평행키(폭 $b$[mm], 높이 $h$[mm], 길이 $l$[mm])가 있다. 축에 작용하는 허용 최대토크에서 압축응력에 의해 파손되지 않는 키의 최소 측면적($h$ × $l$)[mm²]은? (단, 키의 전단은 고려하지 않고, 키 홈의 깊이는 키 높이의 12이며, 키의 허용압축응력을 ${\sigma }_c$[MPa], 축의 허용전단응력을 $\tau$[MPa]라고 할 때, ${\sigma }_c$ ＝ $2\tau$이고, 축이 받는 토크와 키가 받는 토크는 같다)

원동차의 평균지름이 120 mm, 회전속도 1,000 rpm, 원동축에 대한 종동축의 회전속도비가 23인 서로 외접하는 한 쌍의 원추 마찰차로 1.2 kW의 동력을 전달할 때, 원동축에 작용하는 최소 축방향 하중[N]은? (단, 축각은 90 °, 마찰계수는 0.1, $\pi$ ＝ 3이고, 동력전달 시 손실이 없다고 가정한다)

양쪽 덮개판 1줄 맞대기 리벳이음에서 리벳 효율은? (단, 피치는 $p$[mm], 리벳 지름은 $d$[mm], 리벳의 허용전단응력은 $\tau$[MPa], 판재의 허용인장응력은 $\sigma$[MPa], 판재의 두께는 $t$[mm], 전단면 계수(${\mathrm{f}}_{\mathrm{s}}$)는 단일 전단면인 경우 ${\mathrm{f}}_{\mathrm{s}}=1$, 복 전단면인 경우 ${\mathrm{f}}_{\mathrm{s}}=1.8$이다)

유효지름이 40 mm인 사각나사로 이루어진 너트가 있다. 이 너트로 15 kN의 축방향 하중을 지탱하고자 할 때, 나사산의 허용접촉면압력 10 MPa을 고려하여 구한 너트의 최소 높이[mm]는? (단, 나사산의 높이는 2.5 mm, 피치는 5 mm, $\pi$ ＝ 3이고, 축방향 하중은 각 나사산에 균일하게 분포하는 것으로 가정한다)

균일한 원형 단면을 갖는 축의 양쪽 끝이 단순지지되어 있고 축의 중앙에 벨트 풀리가 설치되어 회전하고 있을 때, 축 자중만에 의한 최대 처짐양이 0.1 mm, 중앙의 풀리만에 의한 최대 처짐양이 0.4 mm이다. 던커레이(Dunkerley) 실험식에 따른 축 전체의 위험속도[rpm]는? (단, $\pi$ ＝ 3, 중력가속도 $\mathrm{g}$ ＝ 9 m/s²이다)

길이가 2 m이고 지름이 20 mm인 원형 중실축의 비틀림각을 2 ° 이하로 제한하고자 한다. 축 재료의 가로탄성계수가 180 GPa일 때 최대 전달토크[Nㆍmm]는?

서로 외접하는 한 쌍의 표준 평기어의 중심거리가 180 mm이고, 기어와 피니언의 회전속도가 각각 300 rpm, 1,500 rpm이다. 기어가 45 kW의 동력을 전달할 때, 기어의 회전력[kN]은? (단, $\pi$ ＝ 3이다)

폭경비($\frac{l}{d}$)가 1.5인 엔드 저널 베어링(end journal bearing)이 100 kg_f의 하중을 받고 있다. 축의 허용굽힘응력이 2 kg_f/mm²일 때, 베어링 내의 최대 평균압력[kg_f/mm²]은? (단, $\pi$ ＝ 3, $l$은 폭, $d$는 지름이고, 하중은 베어링 폭의 중앙에 집중된다고 가정한다)

6 m/s의 속도로 6 kW를 전달하는 평벨트 전동장치에서 긴장측 장력(${\mathrm{T}}_{\mathrm{t}}$)이 2 kN일 때, 이완측 장력(${\mathrm{T}}_{\mathrm{s}}$)에 대한 긴장측 장력의 비($\frac{T_t}{T_s}$)는? (단, 벨트의 원심력과 미끄럼은 무시한다)

롤러체인을 사용하여 동력을 전달하고자 한다. 구동스프로킷 휠의 잇수는 20개이고, 회전속도가 600 rpm이다. 피동축의 회전속도가 200 rpm일 때 피동스프로킷 휠의 이뿌리원 지름[mm]은?
(단, 체인의 피치는 19 mm, 롤러체인의 롤러 바깥지름은 12 mm, sin 3 ° ＝ 0.05이다)

허용인장응력이 0.2 kg_f/mm²인 평벨트의 이완측 장력이 100 kg_f이고 벨트의 장력비가 1.5일 때, 필요한 벨트의 최소 단면적[mm²]은? (단, 벨트의 원심력과 굽힘응력은 무시하고, 이음효율은 50 %이다)

원추 클러치에서 원추 접촉면의 평균지름이 200 mm, 마찰면의 폭이 25 mm, 허용접촉면압력이 1 kg_f/cm², 마찰계수가 0.4일 때, 원추 클러치가 전달할 수 있는 최대 토크[kg_fㆍmm]는? (단, 접촉면 압력분포는 균일마모 조건이고, $\pi$ ＝ 3이다)

피니언의 잇수가 35개, 기어의 잇수가 105개인 한 쌍의 외접 헬리컬기어에서 비틀림각이 30 °, 치직각 모듈이 3 mm일 때, 두 기어의 중심거리[mm]는?

스프링에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

굽힘 모멘트 $M$[Nㆍmm]과 비틀림 모멘트 $T$[Nㆍmm]가 동시에 작용하는 원형 중실축이 있다. 최대주응력설에 따른 상당 굽힘 모멘트로 구한 축의 최소 지름을 $d_1$[mm], 최대전단응력설에 따른 상당 비틀림 모멘트로 구한 축의 최소 지름을 $d_2$[mm]라고 할 때, $d{}_1{}^3-d{}_2{}^3$[mm³]은? (단, 축 재료의 허용굽힘응력 ${\sigma }_a$[MPa]와 허용전단응력 ${\tau }_a$[MPa]는 같다)

다음 글에서 설명하고 있는 축은?

○ 공작기계의 주축, 터빈 축 등에 사용한다.

○ 주로 비틀림 하중을 받지만 굽힘 하중도 받는다.

○ 높은 정밀도가 요구되므로 강도가 충분하고 변형이 적어야 한다.

볼트에 축방향의 인장응력 30 MPa과 비틀림에 의한 전단응력 20 MPa이 동시에 발생할 때, 최대주응력설에 따른 안전계수는? (단, 볼트의 인장 극한강도는 100 MPa이고, 압축 극한강도는 고려하지 않는다)

원통 평마찰차와 V홈 마찰차(홈의 각도 30 °)의 마찰계수가 0.3이다. 평마찰차의 원동차와 종동차가 서로 밀어붙이는 힘과 V홈 마찰차의 원동차와 종동차가 서로 밀어붙이는 힘이 같을 때, 평마찰차의 최대 전달력(${\mathrm{F}}_{\mathrm{a}}$)에 대한 V홈 마찰차의 최대 전달력(${\mathrm{F}}_{\mathrm{b}}$)의 비($\frac{{\mathrm{F}}_{\mathrm{b}}}{{\mathrm{F}}_{\mathrm{a}}}$)는?

그림과 같은 단면 형상을 갖는 관성차(flywheel)의 회전축에 대한 림(rim) 부분의 관성모멘트(moment of inertia)[kg_fㆍmㆍs²]는? (단, 림 재료의 비중량은 $\gamma$[kg_f/m³], 중력가속도는 $g$[m/s²], 림의 폭은 $b$[m], 림의 바깥쪽 반지름은 $r_1$[m], 림의 안쪽 반지름은 $r_2$[m]이다)

지름 50 mm, 길이 100 mm의 레이디얼 저널 베어링(radial journal bearing)을 500 rpm으로 회전하는 전동축에 사용했을 때, 지지할 수 있는 최대 하중[kN]은? (단, 발열계수 pv ＝ 1 N/mm²ㆍm/s, $\pi$ ＝ 3이다)

그림과 같이 평균피치원주상에서 2 m/s의 원주속도로 회전력($F_{tm}$)에 의해 2 kW의 동력을 전달하는 직선베벨기어가 있다. 기어의 압력각($\alpha$)과 피치원추각($\delta$)이 $\theta$로 같을 때, 기어에 의해 축에 전달되는 반경방향 전체하중 $\sqrt{F_{tm}^2+F_s^2}$[N]은? (단, 축각은 90 °, $\tan \theta =\frac{1}{3}$, $L$은 피치원추거리이며, $F_{tm}$은 치폭($b$)의 중앙에 작용한다고 가정한다)