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114年公務人員高等考試三級考試試題
類 科
：
機械工程
科 目
：
機械設計
考試時間
：
2
小時
座號
：
※注意：可以使用電子計算器。
不必抄題，作答時請將試題題號及答案依照順序寫在試卷上，於本試題上作答者，不予計分。
本科目除專門名詞或數理公式外，應使用本國文字作答。
代號：
27940
頁次：
2
－
1
一、如圖所示之鐵框弓形手工鋸是由 S20C 鋼（抗拉強度 Su= 889 MPa、降伏
強度 Sy= 496 MPa）所製成。當鎖緊螺絲時鋸片之拉力為 480 N，在考量
曲樑（curved beam）之彎曲應力集中影響（r為截面形心到曲率中心之
曲率半徑），試以鐵鋸管形結構部分不產生塑性變形之設計下，計算其設
計之安全係數。（25 分）
曲樑之彎曲應力集中係數
代號：
27940
頁次：
2
－
2
二、有一使用於精密機械上之圓形桿件，承受在 4 kN 至22 kN 間週期變動
之軸向負荷。桿件上之應力集中可忽略，而使用之材料抗拉強度
Su= 1000 MPa、降伏強度 Sy= 820 MPa，在 103次週期負載壽命之疲勞強
度為 0.75 Su、修正後之疲勞限（endurance limit）Se= 420 MPa。在設計
安全係數為 2.0 時，試以 Goodman 理論求在 2.5 × 105次週期負載壽命下
應該設計之桿件直徑。（25 分）
三、有一單列深溝滾珠軸承，軸承規格編號為 6208（靜態 C0= 11.6 kN、動
態C= 16.8 kN、額定壽命 1 × 106revs），使用時每小時內承受下列之組
合負載：徑向負載 F1= 3000 N、t1= 30 min；徑向負載 F2= 3500 N、
t2= 10 min；徑向負載 F3= 1150 N、t3= 20 min。軸承之轉速固定為
600 rpm，試求此軸承之預期壽命為多少小時？（參考公式：滾珠軸承設
計公式
3
C
L
F
）（25 分）
四、如圖所示之皮帶輪傳動裝置，主動皮帶輪節圓半徑 r= 150 mm，靜止組
裝時滑軌上之拉力維持在 F0= 500 N，產生皮帶上之初始拉力。若皮帶
傳動時主動輪上輸出功率為 5.0 kW、轉速 n為1200 rpm，且皮帶與皮帶
輪間之摩擦力夠大、皮帶不打滑，試求運轉時皮帶在緊邊與鬆邊分別之
拉力。（25 分）
r
30o
F0
n
皮帶
主動輪 從動輪
30o