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109年公務人員特種考試關務人員、身心障礙人員考試及
109年國軍上校以上軍官轉任公務人員考試試題
考 試 別
：
身心障礙人員考試
等 別
：
三等考試
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：
30940
頁次：
2
－
1
一、轉軸直徑 30mm，受到扭矩
160 N m
T
以及橫向負荷 Ft=160.0N 的作用，
求在轉軸中心點 A剖面所受之：（每小題 5分，共 25 分）
最大剪應力。
最大正向應力。
主應力（principal stress）。
von Mises 應力。
基於變形能（distortion-energy）原理之 von Mises 降伏破壞準則，轉軸
為鋼製，其降伏強度 Sy=250 MPa，求 A點處之安全係數為多少？
A
轉軸
0.3m
轉盤
0.1m
二、一元件的臨界危險處承受平均應力
100 MPa
x
，
30 MPa
xy
，
10 MPa
z
，
50 MPa
y
，也承受簡諧週期的變動負荷，其應力振幅
ˆ
10 MPa
x
，ˆ
3 MPa
xy
，ˆ
1MPa
z
，ˆ
5 MPa
y
，求：
組合平均應力之主應力。（10 分）
組合平均應力之最大剪應力。（5分）
組合應力振幅之最大剪應力。（5分）
此元件使用材料的極限剪強度：0.5 Sut =350 MPa，抗剪忍耐限（endurance
limit）0.5 Se=90 MPa，將組合平均應力及組合應力振幅代入修正古德曼
疲勞破壞限界（modified Goodman line）公式，求安全係數。（5分）
代號：
30940
頁次：
2
－
2
三、採用型錄額定轉速 500 rpm 及可靠度 90%之額定壽命 3000 小時的滾珠軸
承，求：
此軸承可靠度 90%之額定壽命（rating life）轉數。（5分）
軸承工作為內環轉動，其轉速 300 rpm（rev / min），壽命要求 105小時，
軸承所需的設計壽命（design life）轉數。（5分）
軸承受到徑向負荷 2000 N，需選擇的型錄額定負荷 C10（catalog load
rating）最小值。（15 分）
四、盤式剎車（disk-type brake）之剎車片（brake line）與輪面摩擦係數 f=0.3，
摩擦接觸假設為均勻壓力之理想條件，剎車盤環的內徑 d=20 mm，外徑
D=32 mm，剎車致動力（actuating force）為 F正向作用於剎車盤。
基於均勻壓力假設時，請由盤面摩擦力求證剎車力矩 T之計算公式為
3 3
2 2
( )
3
Ff D d
T
D d
。（10 分）
在均勻壓力之假設下，求致動力
10 kN
F
時之剎車力矩。（10 分）
求剎車盤面與輪面接觸之平均壓力。（5分）