機械工程 96 年機械設計考古題

請說明Von Mises 應力的定義及Von Mises 應力的主要用處。（10 分） 一機械元件所承受之應力狀態為 MPa x 90 = σ ， MPa y 30 = σ ， MPa xy 84 = τ ，試求 其Von Mises 應力。（5 分）

試解釋耐久限界（Endurance limit）及它的修正係數（Modifying factors）在金屬機 械元件疲勞（Fatigue）破壞上的意義。（10 分）

試依機械設計教材，解釋下列術語： 材料之塑性變形（plastic deformation）；（7 分） 疲勞極限（fatigue limit 或endurance limit）。（8 分）

某圓軸直徑為10 cm，該圓軸上設有一方鍵，該方鍵之寬度為圓軸直徑的四分之一， 圓軸與方鍵具有相同的材料強度，降伏剪應力值等於降伏拉應力值的一半，試計算 傳遞圓軸扭矩所需要的方鍵長度。（25 分）

何謂S-N 曲線？（5 分） 何謂持久限（Endurance limit）?（5 分） 何謂累積疲勞（Cumulative fatigue）？說明累積疲勞對機械元件之持久限的影響。 （10 分）

試解釋軸承（Bearing）的預壓（Preload）為何？及其使用的必要性。（10 分）

試解釋磨擦式制動器（disc brake）之兩種設計模式： 均勻磨耗；（10 分） 均勻壓力。（10 分）

有一SI 螺紋的最大外徑為16 mm，節距為2 mm，試求節圓直徑（15 分）及根部面 積。（10 分）

進行螺旋壓縮彈簧時，選擇不同的材料可以改變彈簧常數，但選用琴鋼絲與合金 鋼所得到的彈簧常數卻幾乎相同，請說明其理由。（7 分） 何謂彈簧振顫（Spring surging）？並指出一個發生彈簧振顫的地方。（10 分）

試解釋下列名詞的差異： Tolerance 及Allowance 在尺寸標示時。（10 分） Hydrostatic 及Hydrodynamic 應用在軸承時。（10 分）

螺旋彈簧（helical spring）彈簧線材直徑d，外徑D，線材楊氏模數E，剪力模數G ，受軸方向壓縮力F 時，試求彈簧線材所受之應力？（20 分）

某6 mm 填角熔接，長度為60 mm，受到延熔接方向，大小為15,500 N 的穩定負荷。 熔接金屬的降伏強度為360 MPa，試求安全因數的值。（25 分）

在高速傳動中，為什麼延性材料之機械元件會發生脆性破壞？（8 分）

機製零件用鋼具有下列性質：降伏強度Sy=480MPa，Sut=600MPa，Se=200MPa。 試繪出“修正Goodman 線＂（Modified Goodman line），並求下列應力狀況的安全 係數。（20 分） 介於40 與100 MPa 間的交替彎應力（alternating bending stress）。 介於0 與200 MPa 間的交替彎應力（alternating bending stress）。

機械元件受到反覆負荷或變動負荷（variable loading）時，設計疲勞（fatigue）破壞 常考慮使用Soderberg 及Goodman 破壞準則，試述： 此二項之準則；（12 分） 並比較其異同。（8 分）

圖(a)及圖(b)皆顯示一略呈三角形之鋼板被鉚接於一基座，鉚釘數目如圖所示，若鉚 釘直徑皆為0.75 英吋，且鉚釘的工作剪應力皆為14,000 psi。 在圖(a)中，試以鉚釘的工作剪應力為依據，計算所能承受的工作負荷P 的值。 （10 分） 試比較圖(a)及圖(b)所示的兩種鉚接方式中，在不超過鉚釘的工作剪應力的條件下， 何者能承受較大的工作負荷P？請敘明理由。（15 分） 圖(a) 圖(b) 鉚釘 4 " 4 " 4 " 4 " 4 " 4 3 " P P

使用於高速傳動的鏈條系統常限制其小鏈輪的齒數至少要有21 齒，請說明其理由。 （15 分） 六、繪圖說明在齒輪傳動中齒輪常見的兩種主要破壞。（10 分） 七、高速迴轉的轉軸（Shaft）承受到純扭轉（Pure torsion）時，在安全的要求下，請簡 述減輕轉軸重量常採用的方法及其理論依據。（15 分）

一根懸臂圓桿前端受扭力T 及下壓力P。圓桿是由延性材料製造，降伏強度 Sy=50Kpsi，下壓力P=500 lbf，扭力T=1000 lbf-in。圓桿有5 英吋長l =5''，安全係 數為2，試依最大剪應力理論（Maximum-Shear-Stress Theory）求出最小的直徑d 需求。（20 分） T P d x l z 96 年交通事業郵政人員升資考試試題 科 別： 機械工程 全一張 （背面） 六、如圖所示，一用3/8'' × 2''，Sy=54Kpsi 的冷抽鋼製成的懸臂樑支持300 磅的負荷。 此樑用兩只1/2''–13 UNC 5 級（Sy=92Kpsi）螺栓固定。試求以下各種方式的破壞下 的安全係數螺栓的剪切破壞（Shear of bolt）螺栓的支承破壞（bearing on bolt） 懸臂樑的支承破壞（bearing on member）懸臂樑受彎矩應力之破壞。（假設 Ssy=0.577 Sy）（20 分） 1 in 3 in 1 in 300 lbf 8 3 in 14 in

有一長形平板（長L，截面積A＝（長邊長4c）乘以（短邊長c），慣性矩I）藉螺 栓組固定其一端於直立柱上，形成一水平懸臂樑，假設直立柱位於Y 軸上，水平懸 臂樑位於X 軸上，且平板之長邊位於平行X-Y 之平面上，該螺栓組含四支相同螺 栓（截面At），形成一2c 乘以2c 之正方形組合，長形平板之另一端為自由端，並 承受Y 軸方向負荷F，試求單一螺栓所受最大力（假設L>>4c）？（25 分）