5급 공채 2차

2019년 5급 공채 기술 2차 기계설계

문제 5개 · 100점. 참고 답안·채점 기준은 앱에서 볼 수 있습니다.

제1문 (15점)

그림과 같이 하중을 받고 있는 바깥 반지름 r_{o}[m], 안쪽 반지름 r_{i}[m]인 피벗베어링에서 작용력을 F \,[N], 분당 회전수를 N \,[rpm], 마찰 계수를 \mu라 할 때, 다음 물음에 답하시오. (총 15점)
[그림]
  1. (1) 균일 압력이 작용하는 그림 (가)에서, 평균 반지름에서 단위시간에 단위면적당 마찰일[N/m2․m/s]과 최대 압력[Pa]을 구하시오. (5점)
  2. (2) p = C overr의 함수로 압력이 분포하는 그림 (나)에서, 단위시간에 단위면적당 마찰일[N/m2․m/s]과 최대 압력[Pa]을 구하시오. (단, 압력은 p[Pa], 피벗베어링의 중심으로부터의 거리는 r[m], C \,는 상수이다) (10점)

제2문 (25점)

두 개의 풀리 B와 C가 장착된 축이 양 끝에서 베어링으로 지지되어 2000rpm으로 회전하고 있다. 풀리 B의 지름(D_{{B}})은 200mm, 풀리 C \,의 지름(D_{{C}})은 300mm이며, 풀리 B와 풀리 C \,에 작용하는 힘은 각각 y, z축과 평행하다. 축의 지름은 20mm이고, 축 재료의 가로 탄성계수는 80GPa일 때, 다음 물음에 답하시오. (단, \overline{AB}＝\overline{BC}＝barCD＝500mm, P_{1}＝400N, P_{{2}}＝100N, 풀리 C \,의 벨트 장력비(Q_{{2}} overQ_{{1}})는 5이다) (총 25점)
[그림]
  1. (1) 전달 토크[N․m]와 동력[W]을 구하시오. (2점)
  2. (2) 베어링의 마찰저항을 무시할 때, 축의 비틀림각[rad]을 구하시오. (3점)
  3. (3) 풀리 C \,에서 긴장측과 이완측의 장력[N]을 구하시오. (2점)
  4. (4) 베어링을 단순지지로 가정하여 축의 자유물체도를 그리고, 베어링 A와 D에서의 반력[N]을 구하시오. (단, 풀리의 무게는 무시한다) (6점)
  5. (5) 굽힘모멘트 선도를 그리고, 최대 굽힘모멘트가 작용하는 위치에서 굽힘 인장응력[MPa]과 비틀림 전단응력[MPa]을 구하시오. (8점)
  6. (6) 5)의 결과를 이용하여 최대 전단응력설에 의한 재료의 안전계수를 구하시오. (단, 축 재료의 인장항복강도(\sigma_{{Y}} \,)는 360MPa이다) (4점)

제3문 (20점)

평행한 두 축에 크기가 같은 원추차(A, B)가 장착되어 있고, 그 사이에 축 이동이 가능한 원통차(C \,)가 있는 무단 변속장치가 그림과 같이 구성되어 있다. 원추의 최대 반지름(R_{{A}})이 원추의 최소 반지름(R_{{o}})의 3배이고, 원통차 C \,의 반지름(r_{{C}})이 l_{{A}}보다 충분히 작다고 할 때, <보기>의 기호만으로 다음 물음에 답하시오. (총 20점)
[그림]
<보 기>
x: 원추차 A의 정점에서 원통차 C \,의 중심까지 길이
l_{{A}}: 원추의 정점에서 최대지름의 단면까지 축선의 길이
  1. (1) 원추차 A(분당 회전수 n_{{A}})에 대한 원추차 B(분당 회전수 n_{{B}})의 회전 속도비(n_{{B}} overn_{{A}})를 구하시오. (12점)
  2. (2) 원동차를 A, 종동차를 B라 하고, 중간차 C \,가 A와 B로부터 동일한 크기의 접선방향 힘을 받는다고 할 때, x = 0.5 \, l_{{A}}인 경우 원동차에 대한 종동차의 토크비(T_{{B}} overT_{{A}})를 구하시오. (8점)

제4문 (15점)

크리프 현상에 대하여 다음 물음에 답하시오. (총 15점)
  1. (1) 크리프 현상을 설명하고, 설계 시 이를 고려해야 하는 사례를 드시오. (4점)
  2. (2) 전형적인 크리프 선도를 그리고, 3개 구간으로 구분하여 각 구간에서의 크리프 거동의 특징과 그 원인을 설명하시오. (8점)
  3. (3) 크리프 한도(creep limit)에 대해 설명하시오. (3점)

제5문 (25점)

그림과 같이 질량 M_{1}[kg]과 M_{2}[kg]를 갖는 회전체가 설치된 회전축이 각속도 \omega[rad/s]로 회전할 때, 각 회전체의 위치에서의 처짐량은 \delta_{{i}} = \delta_{{mi}} \sin ( \omega t + \phi ) , i＝1, 2로 표현된다. 회전축의 자중을 무시할 때, 다음 물음에 답하시오. (단, \phi는 축의 초기 회전각에 따른 위상값이다) (총 25점)
[그림]
  1. (1) Rayleigh 방법으로 위험속도[rpm]를 M_{1}, M_{2}, \delta_{{m 1}}, \delta_{{m 2}}, g(중력가속도)를 이용하여 유도하시오. (5점)
  2. (2) 그림에서 회전축은 직경이 0.1m이고, 세로탄성계수가 200GPa인 중실축이며, M_{1}＝40kg, M_{2}＝60kg, x_{1}＝0.5m, x_{2}＝1.0m, x_{3}＝0.5m일 때, Rayleigh 방법으로 축의 위험속도[rpm]를 구하시오. (15점)
  3. (3) 2)와 같은 조건에서 Dunkerley 방법으로 축의 위험속도[rpm]를 구하시오. (5점)