5급 공채 2차

2021년 5급 공채 기술 2차 기계설계

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

제1문 (15점)

한 쌍의 평기어가 서로 맞물려 회전할 때 물림률(contact ratio)에 대해 다음 물음에 답하시오. (총 15점)
  1. (1) 물림률을 정의하고, 물림률의 적정한 수치 범위를 설명하시오. (3점)
  2. (2) 보통이를 갖는 표준 평기어에 대해 물림률 계산식을 유도하고, 물림률을 압력각 \alpha와 잇수 Z_{{1}}, Z_{{2}}로 표현하시오. (8점)
  3. (3) 물림률을 증가시키기 위한 방안을 2가지 이상 설명하시오. (4점)

제2문 (20점)

그림과 같이 원형 외팔보(cantilever beam)의 자유단 xz 평면에 압축력 P＝4000N과 모멘트 벡터 M＝20N․m가 작용하고 있다. 또한 x축과 모멘트 벡터 M \,이 이루는 각도 \theta＝60°이며, 보의 길이 l＝150mm, 직경 d＝10mm이다. 다음 물음에 답하시오. (총 20점)
[그림]
  1. (1) 2차원 응력상태에서 연성재료에 대한 쿨롱－모어원(DCMT) 이론이 나타내는 파손조건(인장항복응력은 \sigma_{{Y \, t}}이고, 압축항복응력은 \sigma_{{Y \, c}})의 경계선을 주응력 평면(\sigma_{1}－\sigma_{2})에 도시하시오. (4점)
  2. (2) 점 A 및 B \,에서의 응력성분을 각각 구하시오. (6점)
  3. (3) 점 A 및 B \,에서의 주응력을 각각 구하시오. (4점)
  4. (4) 연성재료인 외팔보의 \sigma_{{Y \, t}}＝300MPa, \sigma_{{Y \, c}}＝600MPa일 때, 점 A 및 B \,에서의 쿨롱－모어원(DCMT) 이론을 적용하여 보의 항복강도에 대한 안전계수를 각각 구하고 더 취약한 위치를 판별하시오. (6점)

제3문 (20점)

그림과 같이 2개의 마찰패드로 이루어진 캘리퍼형 디스크 브레이크를 설계하고자 할 때, 다음 물음에 답하시오. (총 20점)
[그림]
  1. (1) 패드가 균일 마모 상태가 되었을 때, 1개의 마찰패드에 걸리는 작용력 F와 마찰토크 T \,를 최대수직압력 p_{{a}}, 마찰계수 \mu와 패드의 치수 범위 \, r_{{i}}, r_{{o}}, \theta_{{1}}, \theta_{{2}}를 사용하여 유도하시오. (10점)
  2. (2) 이 브레이크에 요구되는 토크는 1500N․m, 마찰계수 \mu＝0.3, 패드의 치수 \, r_{{i}}＝100mm, r_{{o}}＝150mm, \theta_{{1}}＝40°, \theta_{{2}}＝140°일 때 최대수직압력 p_{{a}}[MPa]를 구하시오. (5점)
  3. (3) 지름 40mm의 유압실린더로 작용력을 가할 때 필요한 유압[MPa]을 구하시오. (5점)

제4문 (25점)

그림과 같이 1200rpm, 12\mathrm{PS}의 모터동력을 압력각 20°인 스퍼기어를 사용하여 \frac{{1}}{{6}}로 감속하고자 한다. 다음 물음에 답하시오. (총 25점)
[그림]
  1. (1) 동적상태를 고려한 기어 재료의 허용굽힘응력이 4kgf/mm2이고, 피니언의 피치원 지름이 100mm, 기어의 폭은 모듈의 7배, 모듈기준 치형계수를 0.346로 할 때, 모듈(정수값)과 두 기어의 잇수를 구하시오. (단, 속도계수 및 하중계수는 1로 한다) (10점)
  2. (2) 축이음을 통해 전동되는 피니언 축(\mathrm{I})의 지름(mm)을 정수값으로 구하시오. (단, 축의 허용전단응력은 5kgf/mm2이고, 허용굽힘응력은 8kgf/mm2이다) (7점)
  3. (3) 저널 베어링의 허용압력이 0.068kgf/mm2, 허용압력속도계수(발열계수)가 0.05kgf/mm2․m/s, 마찰계수가 0.007일 때, ①저널의 길이(mm, 정수값), ②저널의 지름(mm, 정수값), ③마찰손실마력(PS)을 구하시오. (단, 기어와 두 베어링 사이의 거리는 같으며, 기계장치의 효과는 무시한다) (8점)

제5문 (20점)

그림과 같이 고정되어 있는 강판에 같은 두께의 강판을 리벳 6개를 이용하여 고정하였으며 이 강판에는 편심하중 F \,가 작용하고 있다. 편심하중에 의해서 작용하는 모멘트를 지지하기 위해 각각의 리벳에 작용하는 하중은 리벳 전체의 도심 C \,로부터 각각의 리벳 중심까지의 거리에 비례한다고 가정하였을 때 다음 물음에 답하시오. (단, 강판의 무게는 무시하고, a＝70mm, b＝100mm, c＝300mm, y_{b}＝120mm, F＝50kN이다) (총 20점)
[그림]
  1. (1) 편심하중 F \,와 등가를 이루는 C \,점에서의 연직하중 및 모멘트를 구하시오. (5점)
  2. (2) 리벳의 지름이 25mm일 때, 리벳에서 발생하는 최대 전단응력을 구하시오. (10점)
  3. (3) 강판 두께가 10mm일 때, 리벳의 최대 압축응력을 구하시오. (5점)