109年 高普考 高考三級 機械工程 機械設計 試卷

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109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:
38540
頁次:
2
-
1
一、以三槽的
V
型皮帶輪傳動
9 kW
,
馬達動力至工業泵,驅動皮帶
輪節圓直徑 1
200 mm
d
,使用三條
V
型皮帶,其分配到相同的張力,被
動皮帶輪之節圓直徑 2
300 mm
d
,皮帶輪中心距離
1200 mm
C
,若皮帶
緊邊張力
1
( )
F
與鬆邊張力
2
( )
F
之關係:
1
2
exp(0.513 )
c
c
F F
F F
其中
2
2 2
( ) 0.1675( )
cN
F N v
m s
為皮帶離心力,求:(每小題5分,共25分)
皮帶節線之線速度v?
小皮帶輪之皮帶包覆角(wrap angle)
( )
radian
?
每條皮帶之緊邊張力 1
(N)
F?
傳動此
9 kW
動力不打滑,所需之初始張力(initial tension)
(N)
i
F?
若輪內的皮帶受到等效彎曲張力
(N)=65 (N m)
b
F d
,其中
(m)
d
為皮帶
輪節圓直徑,求各條皮帶受到之等效最大張力?
(以上數值及物理量隨後括號內為其單位。)
二、一個滾珠軸承的工作內容有三項,第1項占工作時間比例為
0.3
,其轉速為
3000 rpm
,等效徑向負荷為
3000 N
,第2項占工作時間比例為0.2,其轉速
為
2000 rpm
,等效徑向負荷為
4000 N
,第3項占時間比例為0.5,其轉速為
,等效徑向負荷為
5000 N
,其壽命負荷方程式為
3 3 6
10
10
F L C ,
欲使此軸承工作壽命總小時數為6萬小時,求:
前述三項工作的總壽命轉動次數(rev)?(10分)
三項工作負荷對軸承壽命作用的等效負荷?(10分)
選擇的軸承的型錄額定負荷(catalog load rating)或動容量(dynamic
capacity)
10
C
需為多少?(5分)
代號:
38540
頁次:
2
-
2
三、某機械元件之臨界危險點應力狀態為
200 MPa
x
,
100 MPa
y
,
200 MPa
z
,
0 MPa
xy
,
0 MPa
xz
,
60 MPa
yz
,求:
該點之三個方向的主應力?(12分)
該點之馮密西斯(von Mises)應力?(8分)
其使用材料的降伏強度為
715 MPa
y
S
,求安全係數?(5分)
四、以螺栓鎖緊組合元件,螺栓剛度(stiffness)
11.5 N m
b
k
,元件接頭剛
度
24 N m
m
k
,以預力
60 kN
i
F
上緊螺栓,在元件接頭部產生了上緊的
壓力,其值與螺栓上緊預力相等。當平行於螺栓軸向的週期性拉力從
min
30 kN
P
至max
70 kN
P
反覆作用於此接頭時,元件總成與螺栓有相同
之伸長量,螺栓受力有效面積
2
245 mm
t
A,求:(每小題5分,共25分)
元件接頭所受到合力之平均值?
元件接頭所受合力之振幅值(amplitude of resultant force)?
螺栓所承受正向應力之平均值
m
?
螺栓所承受正向應力之應力振幅
a
(stress amplitude)?
螺 栓 材 料 的 最 小 認 證 極 限 強 度 為
600 MPa
ut
S
, 忍 耐 限 為
162 MPa
e
S
,根據古德門(Goodman)理論:
1
m a
ut e f
S S n
,求螺栓
之綜合安全係數
f
n
?
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