기계설계 2023년도 국가공무원 5급(기술) 공개경쟁채용 제2차시험 문제풀이

목차

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

제 2 문. 인장강도 가 520MPa인 부재가 반복응력을 받고 있을 때, 다음 물음에 답하시오. (총 15점)
1) 완전양진응력(평균응력 ＝0MPa)을 받는 부재의 수명 과 피로강도 의 관계를 으로 표현할 때, , 값을 구하시오. (단, cycles에서 피로강도는 0.9이고, cycles에서 피로강도는 0.5이다) (10점)
2) 부재에 평균응력 ＝80MPa, 응력진폭 ＝250MPa의 반복응력이 가해질 때 피로수명[cycles]을 구하시오. (단, 평균응력 효과는 수정된 굿맨식 을 따른다고 가정한다) (5점)

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

제 4 문. 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)
1) 링기어의 각속도[rad/s]를 구하시오. (5점)
2) 왼쪽, 오른쪽 측면기어의 각속도[rad/s]를 각각 구하시오. (10점)
3) 차동피니언의 각속도[rad/s]를 구하시오. (5점)

제 5 문. 원심브레이크는 물건을 감아 내릴 때 속도를 일정하게 유지시키기 위해 사용한다. 그림과 같이 변형하지 않는 줄의 한쪽 끝은 질량이 200kg인 물체 와 연결되어 있고 반대쪽 끝은 원심브레이크의 중심축에 감겨있다. 드럼 접촉면까지의 거리 ＝40mm, 중심축의 외측반경 ＝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 ＝9.81m/s2이다) (총 25점)
1) 정지되어있던 물체 가 낙하할 때, 브레이크슈가 드럼에 닿을 때까지 물체 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 까지의 거리 는 35mm이다) (13점)
2) 자유낙하 시 물체 의 하강속도가 일정하게 유지될 때 브레이크슈의 각속도[rad/s]를 구하시오. (7점)
3) 2)의 브레이크슈의 각속도와 동일크기로 각속도를 일정하게 유지하여 물체 를 감아올릴 때, 중심축에 가해야 하는 토크[Nㆍm]를 구하시오. (5점)

본문내용

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

1. 기본 정적 부하용량의 정의
기본 정적 부하용량은 베어링의 표준 조건에서 베어링의 롤링 요소가 파손되지 않고 견딜 수 있는 최대의 정적 하중을 의미한다.
2. 기본 동적 부하용량의 정의
기본 동적 부하용량은 베어링의 표준 조건에서 베어링의 롤링 요소가 파손되지 않고 견딜 수 있는 최대의 동적 하중을 의미한다.
3. 기본 정격수명 구하기
기본 정격수명은 베어링에 기본 동 정격하중이 작용하는 경우, 신뢰도가 90%일 때의 회전수로, 다음과 같이 구할 수 있다.
L10 = 10^6 / C

여기서,
• L10: 기본 정격수명 [rev]
• C: 베어링의 동등가하중 / 기본 동 정격하중
따라서, 이 문제에서는 다음과 같이 구할 수 있다.
L10 = 10^6 / 1

L10 = 10^6 rev

즉, 베어링에 걸리는 동등가하중이 기본 동 정격하중의 만큼 작용하도록 볼 베어링을 설계할 경우, 이 베어링의 신뢰도 90%인 기본 정격수명은 10^6 회전이다.

참고 자료

없음