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104年公務人員高等考試一級暨二級考試試題
代號：21650
等 別： 高考二級
類 科： 機械工程
科 目： 機械設計學
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。
請以黑色鋼筆或原子筆在申論試卷上作答。
（請接背面）
全一張
（
正面
）
一、有一由馬達驅動之離心式水泵，傳遞功率 kW3=P，水泵軸之轉速 rpm960=n，
已知該軸為實心圓桿且材料為 S45C（降伏強度 MPa450=
y
S），考慮設計安全因子
5.3=
s
F，試按強度要求計算軸所需之最小安全直徑 d。（剪降伏強度 ysy SS 5.0≅）。
（25 分）
二、下圖所示為一水平展開式二級圓柱螺旋齒輪減速箱，已知中間軸高速級大齒輪為左
旋齒輪，齒數 53
1=z、螺旋角 °= 15
1
β
、法向模數 mm3
1=
n
m；中間軸上低速級小齒
輪亦為左旋齒輪，其齒數 17
2=z、法向模數 mm5
2=
n
m。試問：低速級小齒輪的螺
旋角 2
β
應設計為多少，才可使中間軸上兩齒輪之軸向力相互抵消？（25 分）
三、今一軸上配置一對面對面之角接觸滾珠軸承，已知載荷平穩、工作溫度低於 100℃，
軸上外力 N3600=
r
F、N9000=
a
F，其方向及作用點到支點的距離如圖所示，
試分析及計算軸承 1、2之等效動載荷 1
P及2
P。（該軸承之徑向負載係數 X及軸向
負載係數 Y值為：當 14.1/ ≤
ra FF 時， 1=X、0=Y；當 14.1/ >
ra FF 時， 35.0=
X
、
57.0=Y）。（25 分）
r
F
100
a
F
200
12
104年公務人員高等考試一級暨二級考試試題
代號：21650
等 別： 高考二級
類 科： 機械工程
科 目： 機械設計學
全一張
（
背面
）
四、下圖所示採用兩個普通螺栓夾緊圓軸，已知連接柄端受力 N240=
R
F，連接柄長
mm420=L，圓軸直徑 mm65=d，夾緊接合面摩擦係數 15.0=
f
，螺栓材料許用
拉伸應力 MPa80=
a
σ
，試計算螺栓危險直徑 1
d。（需考慮螺栓同時受有拉應力和
預擰緊產生之切應力時，其複合應力 c
σ
的計算需將拉伸應力
σ
加大 30%）。（25 分）
d
240 N
R
F=
420 mmL=
螺栓軸線
螺栓軸線
螺栓軸線
螺栓軸線