機械工程 102 年機械設計考古題

下圖所示，一直徑d = 20 mm 的圓形衝頭，欲打穿板厚t = 5 mm，若板使用灰鑄鐵50 級數，試求所需的力量F 為多少牛頓？此時之壓應力為多少N/mm2？灰鑄鐵50 級 材料特性：最小拉力強度50,000 psi，平均橫向負載3,000 lb，壓力強度160,000 psi， 平均剪力強度64,000 psi。（1 in = 25.4 mm, 1 kg = 2.2 lb, 1 psi = 1 lb/in2）（25 分）

下圖為一齒輪傳動系統的設計，兩輪外切且中心距選取200 mm 來設計；齒輪A 與 齒輪B 的轉速比為1/3。兩漸開線齒輪之壓力角為20 度；試設計一對漸開線齒輪，使 其能裝在一個長寬430*350 mm2 的齒輪箱內（板厚為9 mm，模數M 有2、2.5 or 3 mm，請選齒輪模數為2 mm 來計算）兩輪之外徑、說明如何減少齒輪干設現 象（interference）。（12 分；13 分）

圖一的軸承受變動的軸向外拉力P，變動範圍為20000 N 到33400 N。材料的抗拉 強度 為615 MPa，軸向變動負荷的疲勞限應力（stress endurance limit, ）為 。該軸於圓角r=1.3 mm 處的疲勞應力集中因子（fatigue stress concentration factor） 為1.87，應用古德曼策略（Goodman criterion），試問： ut ut S e f 於軸肩圓角處有無限壽命的設計時，安全係數（safety factor）為何？（15 分） 於軸肩以外的部分，有無限壽命的設計時，安全係數為何？（10 分） （提示： 1 ' = + ut m s e a s f S n S n K σ σ ） r =1.3 mm P P 16 mm 26 mm 圖一

下圖所示，有兩元件以一M20x1.5 之細牙螺栓鎖固，該螺栓受應力面積As = 272 mm2， 該元件受一變動負載P 由4.0 kN 至40 kN，螺紋之應力集中係數K = 4，元件及螺 栓為相同之材料，其降伏應力Sy = 410 MPa，疲勞極限Se = 210 MPa。請以索德堡 （Soderberg）理論計算此螺栓在下述二種狀況下是否安全？㈠無預負載，（10 分） ㈡預負載為40 kN。（15 分）假設元件受力範圍之直徑為螺栓直徑的3 倍。

如下圖中，欲將兩機件A 與B 鎖在一起，若採M14（pitch, 2 mm）之粗牙螺栓，則 φ A、φ B 之鑽頭直徑應選多少mm？螺紋深度LA 及鑽孔深度LB 最好為多 少mm？（LA 之深，取1.5＊螺栓直徑+2 pitch 長）；又機件A 為圓弧，在圓弧曲 面加裝治具以鑽孔即可。而圖中欲鑽切φ B 之內牙導孔，若鑽切中碳鋼選用之切 線速為30 m/min，則鑽頭轉速為多少rpm？（～各6 分；7 分） 圖 鑽孔、攻牙與構件螺紋鎖緊 SKD ll φ A φ B S45C A B LA LB 430 mm 200 mm C A B 350 mm 圖 齒輪設計與安裝 102年公務人員升官等考試、102年關務人員升官等考試 102年交通事業郵政、港務、公路人員升資考試試題 代號： 等別(級)： 薦任 類科(別)： 機械工程、技術類（選試機械設計）－關務 全一張 （背面） 25830 40330

機械轉軸上裝置的飛輪，基本目的為何？（7 分） 如何實務設計飛輪結構，使其得到最大效果？（8 分） 在一個循環裡（轉動360 ），某實心圓盤狀飛輪（solid round disk）的動能 為 170 N-m，平均速度是700 rpm，採用的波動係數（coefficient of fluctuation）C 為0.04。該飛輪的材質為低碳鋼，密度為7860 kg/m3，厚度為25 mm，試問飛輪 所需的直徑？（10 分） o e K f （提示： 2 avg f e m I ， C K ϖ = 8 2 d m I a m = ） 102年公務人員高等考試三級考試試題 代號： 類 科： 機械工程、汽車工程 全一張 （背面） 35640 35840 h w× S

有一開式平皮帶傳動裝置，兩個皮帶輪直徑相同均為700 mm，皮帶與皮帶輪間的 摩擦係數為0.3。主動輪以600 rpm 之速率運轉，若作用在傳動軸上的負荷不超過 1,000 N，且不考慮離心力效應，試計算主動輪可傳送之動力？（25 分） F d t Fi P P P P 102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 全一張 （背面）

下圖為常使用於數值控制機器（Numerical Control, NC）或綜合切削中心機 （Machining Center, MC）之床台硬軌，試說明～之幾何精度之意義？又若軸 採用AISI 5145 之鋼材，說明材料種類及採用何種熱處理方法，可使其表面耐磨耗。 （～各3 分；10 分） 圖 床軌與其幾何公差設計     

某輪轂（hub）材質的降伏強度 為97 MPa，以 的截面，長度為20 mm，降伏 強度 為295 MPa 的鋼製鍵（key），連結直徑為35 mm 鋼製的軸，如圖二所示。 當此輪軸需傳遞40 N-m 的扭力，且安全係數為3 時，試問： y S y 考慮鍵受到剪應力，設計鍵的需要寬度w？（13 分） 考慮輪轂受到壓應力，設計鍵的需要高度h？（12 分） （注意：剪應力允許值為0 ，壓應力允許值為0 ） y S 4. y S 9. w h h/2 35 mm 圖二

㈠鏈條傳動裝置在運轉過程中之振動與噪音常是因為「多邊形效應（Polygon effect）」造成，請說明「多邊形效應」產生的原因。（5 分） ㈡請舉出一種提升金屬材料耐久極限（Endurance limit）的方法，並說明為何該方 法可以提升耐久極限。（5 分） ㈢飆車族為求行車穩定性常以降低車身達成，因此更換短避震彈簧或切斷原避震彈簧 均為可行途徑；若將彈簧有效圈數切掉一半，試問彈性係數的變化為何？（5 分） ㈣聯軸器（Coupling）的使用目的為何？離合器（Clutch）的使用目的為何？兩者有 何不同？（5 分） ㈤請說明正齒輪破壞的可能原因？（5 分）

寫出下圖之氣壓源裝置組合，元件1 至元件8 之名稱並簡述其用途。（元件1 占4 分； 元件2 至8 各3 分） B 0.005/m 氣壓調整組合 空氣壓縮機 電 動 機 過 濾 器 氣 槽 壓力表 圖氣壓源裝置組合元件 4 6 7 8

以座標x，建構圖三中之機械系統自然振動（free vibration）運動方程式？（10 分） 試問該系統之自然頻率（natural frequency）？（5 分） 2k 2r r I m x 圖三

2 Arm 6 1 250 200 125 275 F

3 2 1 0.01/m2 A 0.005 B 加工時四面均保持尖 角，僅用油石去毛頭 註：———．———．區域熱 處理至HRC60-55 0.4 a 0.4 a 0.4 a 0.4 a A 0.005 0.25 0.4 a G

一般運動控制器（motion controller）有那三種型式？（5 分） 簡述一般運動控制器的主要功能？（5 分）