5급 공채 2차

2023년 5급 공채 기술 2차 기계설계

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

제1문 (15점)

구름 베어링의 부하용량(정격하중)은 기본 정적 부하용량(기본 정 정격하중) C_{o}과 기본 동적 부하용량(기본 동 정격하중) C_{i}으로 구분된다. 다음 물음에 답하시오. (총 15점)
  1. (1) 기본 정적 부하용량 C_{o}의 정의를 기술하시오. (5점)
  2. (2) 기본 동적 부하용량 C_{i}의 정의를 기술하시오. (5점)
  3. (3) 베어링에 걸리는 동등가하중이 기본 동 정격하중 C_{i}의 \frac{1}{10}만큼 작용하도록 볼 베어링을 설계할 경우, 이 베어링의 신뢰도 90%인 기본 정격수명 L_{n}[rev]을 구하시오. (5점)

제2문 (15점)

인장강도 \sigma_{u}가 520MPa인 부재가 반복응력을 받고 있을 때, 다음 물음에 답하시오. (총 15점)
  1. (1) 완전양진응력(평균응력 \sigma_{{m}}＝0MPa)을 받는 부재의 수명 N \,과 피로강도 \sigma_{{ar}} \,의 관계를 \sigma_{{ar}} \, = \, A \cdot N^{{B}}으로 표현할 때, A, B 값을 구하시오. (단, N \, = \, 1 \times 10^{{3}}cycles에서 피로강도는 0.9\sigma_{{u}}이고, N \, = \, 1 \times 10^{{6}}cycles에서 피로강도는 0.5\sigma_{{u}}이다) (10점)
  2. (2) 부재에 평균응력 \sigma_{{m}}＝80MPa, 응력진폭 \sigma_{a}＝250MPa의 반복응력이 가해질 때 피로수명[cycles]을 구하시오. (단, 평균응력 효과는 수정된 굿맨식 \frac{\sigma_{a}}{\sigma}_{ar} + \frac{\sigma_{m}}{\sigma}_{u} \, = \, 1을 따른다고 가정한다) (5점)

제3문 (25점)

그림과 같이 초기 예하중 Q \,＝20kN이 작용하는 압력용기의 체결부분에 정하중 P \,＝10kN이 추가로 작용할 때, 다음 물음에 답하시오. (단, 볼트 원통부의 스프링 상수는 2.3 \times 10^{{6 \,}}N/mm, 볼트 나사부의 스프링 상수는 6.9 \times 10^{{6 \,}}N/mm, 중간재의 스프링 상수는 15.0 \times 10^{{6 \,}}N/mm이다) (총 25점)
[그림]
  1. (1) 전체 외력 중 볼트에 가해지는 하중의 비율인 체결상수 C \,를 구하시오. (8점)
  2. (2) 추가하중이 작용한 후 중간재에 작용하는 압축하중[kN]과 볼트에 작용하는 인장하중[kN]을 구하시오. (6점)
  3. (3) 내부 기밀을 유지하여 내부유체의 유출을 막을 수 있는 조건을 외력 P_{0}, 예하중 Q \,, 체결상수 C \,를 이용하여 나타내시오. (6점)
  4. (4) 체결에서 부재의 분리를 억제하는 하중계수인 체결분리에 대한 안전율 값을 구하시오. (5점)

제4문 (20점)

그림과 같이 차량이 20km/h의 속도로 좌회전하고 있다. 회전중심부터 안쪽, 바깥쪽 앞바퀴의 중심까지의 거리는 각각 10.4m, 12m이고, 타이어 지름은 0.6m이다. 차동장치의 측면기어의 잇수는 34개, 차동피니언의 잇수는 20개일 때, 다음 물음에 답하시오. (총 20점)
[그림]
  1. (1) 링기어의 각속도[rad/s]를 구하시오. (5점)
  2. (2) 왼쪽, 오른쪽 측면기어의 각속도[rad/s]를 각각 구하시오. (10점)
  3. (3) 차동피니언의 각속도[rad/s]를 구하시오. (5점)

제5문 (25점)

원심브레이크는 물건을 감아 내릴 때 속도를 일정하게 유지시키기 위해 사용한다. 그림과 같이 변형하지 않는 줄의 한쪽 끝은 질량이 200kg인 물체 M \,와 연결되어 있고 반대쪽 끝은 원심브레이크의 중심축에 감겨있다. 드럼 접촉면까지의 거리 R_{{D}} \,＝40mm, 중심축의 외측반경 R_{S} \,＝10mm이고, 각 브레이크슈의 질량은 200g, 드럼과 브레이크슈 사이의 마찰계수는 0.3일 때, 다음 물음에 답하시오. (단, 3개의 브레이크슈는 모양이 동일하고, 스프링 상수는 모두 같다. 슈와 드럼사이의 마찰계수는 일정하며 균일하게 닿는다고 가정한다. 중심축 및 브레이크슈의 관성모멘트는 무시하며 열과 변형에 따른 영향은 고려하지 않는다. 중력가속도 g＝9.81m/s2이다) (총 25점)
[그림]
  1. (1) 정지되어있던 물체 M \,가 낙하할 때, 브레이크슈가 드럼에 닿을 때까지 물체 M \,가 내려온 거리[mm]와 그때의 브레이크슈의 각속도[rad/s]를 구하시오. (단, 슈가 드럼에 닿을 때 스프링에 걸리는 힘은 150N이고, 원심브레이크의 중심에서 브레이크슈의 무게중심 G \,까지의 거리 R_{G}는 35mm이다) (13점)
  2. (2) 자유낙하 시 물체 M \,의 하강속도가 일정하게 유지될 때 브레이크슈의 각속도[rad/s]를 구하시오. (7점)
  3. (3) 2)의 브레이크슈의 각속도와 동일크기로 각속도를 일정하게 유지하여 물체 M \,를 감아올릴 때, 중심축에 가해야 하는 토크[Nㆍm]를 구하시오. (5점)