機械工程 101 年機械設計概要考古題

一鋼質機械元件，其材料降伏強度為Sy，當此元件某點因承受靜力負載而其三個主 應力值分別達到：

y 1 = = σ , 0.5S 及 y

σ = − σ 時，請分別採用下列三種常用之 破壞理論（Failure Theory），計算其對應之安全係數n值： ㈠最大主應力破壞理論（Maximum Principle Stress Failure Theory）（6 分） ㈡最大剪應力破壞理論（Maximum Shear Stress Failure Theory）（7 分） ㈢最大畸變能破壞理論（Maximum Distortion Energy Failure Theory）（7 分） 二、機械元件上某點所承受之應力狀態，其應力值為： ( ) xx xy xz xy yy yz xy yz zz 11 1 0 1

0 MPa 0 0 0 σ τ τ τ σ τ τ τ σ ⎡ ⎤ − ⎡ ⎤ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ = − ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎣ ⎦ ⎢ ⎥ ⎣ ⎦ xz ㈠試問此點對應之主應力 1 σ , 2 σ 與 3 σ 各若干？（9 分） ㈡試問此點對應之最大剪應力τmax為若干？（6 分） ㈢試問此點是否屬平面應力（Plane Stress）狀況？（5 分） 三、如下圖所示，兩材質相同之實心鋼軸經由一正齒輪對嚙合。兩鋼軸具有相同之扭轉 剛度（Module of Rigidity） ，若鋼軸之許可剪應力值（Allowable Stress）為 ，試問： Pa 10 80 G 9 × = Pa 10 55 6 × = τ allow ㈠若僅考慮AB 段轉軸，該系統所能承受之最大扭矩T 為若干Nm（牛頓米）？ （10 分） 0 ㈡若同時考慮AB 與CD 段轉軸，則該系統所能承受之最大扭矩T 為若干Nm（牛頓 米）？（10 分） 0 C B T0 A D 900 mm 600 mm 56 mm 20 mm 24 mm 18 mm 101年公務人員特種考試身心障礙人員考試試題 類 科： 機械工程 四、一標示為H9/g7 的軸/孔配合，若其基本稱呼尺寸為 mm 45 d D = = ，且由相關國際 公差規範表得知，在此基本稱呼尺寸45 mm 時，其公差9 級（IT9）之公差範圍為 ，而其公差7 級（IT7）對應之公差範圍為 mm 0.062 D = Δ mm 0.025 d = Δ − = 。其“g＂ 級配合之基本偏異量（Fundamental Deviation）是 mm 0.009 f δ 。試問： ㈠此標示H9/g7 是屬基孔制（Hole Basis）亦或基軸制（Shaft Basis）之配合（Fit） 制度？（5 分） ㈡該孔的最大許可尺寸Dmax與最小許可尺寸Dmin分別為若干？（5 分） ㈢該軸的最大許可尺寸dmax與最小許可尺寸dmin分別為若干？（5 分） ㈣該軸與孔間的餘隙（Clearance）可能的最大尺寸cmax與最小尺寸cmin分別為若干？（ 5 分）

試說明滾動轉子軸承（Roller Bearing）其負載與壽命之關係。並試解釋一般轉子軸 承或滾珠軸承（Ball Bearing），在設計中所使用之 壽命，究係基於多少%之可 靠度。（20 分） 10 L

a L R 8

9 a 二、欲設計一組減速比為35:1 左右的正齒輪減速機，假設所使用的齒輪模數皆相同，最 小齒數為15，請根據下列的限制條件，設計出使整體齒輪箱尺寸最小的齒輪齒數： ㈠減速比誤差不得超過2%，請畫出齒輪機構簡圖及各齒輪的齒數。（12 分） ㈡減速比剛好為35:1，請畫出齒輪機構簡圖及各齒輪的齒數。（12 分） ㈢如前一小題為多階減速齒輪配置，假設每一階減速齒輪對之背隙相同，請問如考 慮整體傳動背隙的最小化，單階減速比大的齒輪對應放在靠近高速的輸入軸還是 低速的輸出軸側？（12 分） 三、在迴轉軸與軸孔間的間隙配合大約可分為九種，請解釋下列各種間隙配合的適用場 合及其運轉特性： ㈠Free running fit，軸配合公差符號為H9/d9（6 分） ㈡Sliding fit，軸配合公差符號為H7/g6（6 分） ㈢Locational clearance fit，軸配合公差符號為H7/h6（6 分） ㈣Locational transition fit，軸配合公差符號為H7/k6（6 分） ㈤Force fit，軸配合公差符號為H7/u6（6 分） 四、請用圖示加文字說明的方式，解釋延性鋼材三維靜態受力的破壞準則（yield criteria）： ㈠最大剪應力理論（Maximum-shear-stress theory）（6 分） ㈡畸變能理論（Distortion energy theory）（6 分）