機械工程 95 年機械設計考古題

假設一個滾珠軸承（Ball bearing）的額定負載（Rate load，C10，一百萬轉）為15 kN， 若在1800 rpm 的轉速使用5000 小時的狀況下，此軸承最高載重為多少？（15 分） 滾珠軸承之受力與壽命關係為 3 / 1 FL =常數

一金屬機械元件的降伏強度為380 MPa ，它受到靜力負荷所產生的應力狀態為 MPa x 90 = σ ， MPa y 24 = σ ， MPa xy 84 = τ ，試以最大畸變能理論（Maximum distorsion-energy theory）求出其有效應力（von-Mises stress）與安全係數。（20 分）

有一1/2"-13-UNC-2A 的螺栓，螺栓與零件長度相同。螺紋止於螺帽之上方，而其 材料的降伏強度（Yielding strength）Syield=69k psi，極限強度（Ultimate strength） Sultimate tensile=101k psi，耐久強度Sendurance=30k psi，螺紋的應力集中數為3.85，應力 面積為0.142 in2，而零件承受的面積為0.5 in2。今假設外部負載在0~2400 lb 連續變 化，請以古德曼線（Goodman line）作為安全操作考量，試答下列問題： 解釋1/2"-13-UNC-2A（4 分） 若一開始螺栓沒有給起始張力，請問螺栓的安全係數為何？（7 分） 需給多少螺栓之起始張力，螺栓在上述外部負載條件下才不致於與零件間會沒有 壓力發生？（7 分） 若螺栓之起始張力給2500 lb，請問安全係數多少？（7 分）

試列舉軸承的種類。（10 分）

請回答下列問題： 繪圖說明齒輪常見的兩種破壞。（6 分） 皮帶輪的中央一般較其兩側略為凸起的目的為何？（4 分） 鏈條是否適合用於高轉速之兩平行軸間的傳動？請說明理由。（10 分)

試定義並且畫出所謂的雙背軸承DB（Double back bearing）、雙前軸承DF（Double front bearing）與止推軸承（Thrust bearing），其各別之功能為何？（15 分）滾珠與 滾柱軸承其負載與壽命如何計算？請寫下其公式。（10 分）

一個單足式煞車如下圖所示。b=50 mm，d=55 mm，Ff =f × FN，F 為產生煞車力之 外力=100 N，f=0.2，求煞車力Ff，並找出會發生自鎖（self locking, self acting）之摩 擦係數。（25 分）

請說明下列問題： 機械元件的持久限（Endurance limit）。（6 分） 實驗室所得到機械元件的持久限Se'與實際的持久限Se 不同。（6 分） 工程師一般如何修正Se'而得到機械元件的持久限Se。（6 分） 累積疲勞破損（Cumulative fatigue damage）的意義。（7 分）

螺帽螺牙與螺栓螺牙在當螺栓受張力時其力量流線（Force flow）是如何分布？如何 設計一特殊的螺帽來提供較平均之應力分布？請至少畫三個螺牙來說明。（20 分）

如下圖所示之由滾珠軸承支撐在A 與B 點直徑為30 mm 之旋轉軸，其載重為一不旋 轉之外力F=20 kN，此軸是否可永久使用？軸之材料經各種影響校正後之疲勞極限 （Endurance limit）為220 Mpa，而極限強度690 Mpa，降伏強度580 Mpa。（25 分）

某滾珠軸承（Ball bearing）於33.3 rpm 與1500 小時壽命的額定負載量為50 kN，若 此軸承被用於承受20 kN 之徑向負載，運轉之轉速為1000 rpm，試求90%軸承之壽 命。（15 分）

如圖所示，為一偏心之焊接板件，若焊接金屬物其降伏強度為50k psi，圖中負載力為 一穩定之7500 lb，試畫出受應力最大處之位置，並計算此安全係數為何？（20 分）

有一螺旋彈簧（Helical spring）之尺寸為外徑（D）50 mm，長度120 mm，彈簧之 線徑（d）為3.4 mm，有效圈數（Number of active coils）N 為13 圈，彈簧線之剪力 模數G（Shear modulus）為 80 Gpa。求將彈簧壓到使每一圈彈簧線都接觸時之外力 大小。（25 分） 彈簧常數之公式為： 4 3 8 d G k D N = F d FN Ff Fx Fy 100mm b 3000mm 3000mm A B F

一凸緣聯軸器連結兩相同直徑的傳動軸，軸的轉速為900 rpm，傳動功率為350 kW， 試求傳動扭矩。（10 分） 六、有一對相嚙合的正齒輪，模數為5 mm，其中心距為320 mm，轉速比為3：1，試求 大小齒輪的節圓直徑、齒數與周節。（10 分）

具裂縫（Crack）機件其破壞（Fracture）一般可以分為那三種型式？試畫圖表示之。 其應力值是如何計算？計算時此數值有物理意義嗎？（10 分） 6" 6" 7,500 lb 8" 6" ″ 4 1 All welds fillets