民國110年 高考三級 機械工程 機械設計考古題

民國110年 高考三級 機械工程 機械設計收錄考選部官方試題，共 5 題可線上瀏覽，考選部未公告本科目答案。

官方資料

題目與答案

第1題

有一馬達重量為25 kN，在馬達上方需設計一環首螺栓（eye bolt）作為 安裝吊掛之用，若選用之螺栓強度等級為8.0（抗拉強度Su=1034.3 MPa、 降伏強度Sy=894.6 MPa）且設計時之安全係數為5.0，試求應選用 之螺栓尺寸規格、最少之鎖入螺牙數？（ISO 螺絲螺牙根部直徑 dr=d-2×0.54127p，d 為公稱直徑、p 為螺距）（20 分） TABLE SELECTED LIST OF ISO SCREW THREADS Outside Diameter, mm Pitch, mm Pitch Diameter, mm Stress Area, mm2 Outside Diameter, mm Pitch, mm Pitch Diameter, mm Stress Area, mm2 1.6 0.35 1.373 1.27 2.5 18.376 0.4 1.740 2.07 22.051 2.5 0.45 2.208 3.39 3.5 27.727 0.5 2.675 5.03 33.402 2.5 0.6 3.110 6.78 4.5 39.077 1,120 0.7 3.545 8.78 44.752 1,470 0.8 4.480 14.2 5.5 52.428 2,030 5.350 20.2 60.103 2,680 1.25 7.188 36.6 68.103 3,460 1.5 9.026 58.0 76.103 4,340 1.75 10.863 84.3 86.103 5,590 12.701 96.103 6,990 14.701 環首螺栓

第2題

如圖所示之ㄇ形桿件於A 及D 點焊接於垂直牆面上，若已知靜態負載P 在A 及D 點分別產生之扭矩為 T 8 ( ) Pl l l E E G 、彎矩 M Pl ，其中 P=1000 N、l1=1 m、l2=0.25 m、d=40 mm。設此桿件材料之抗拉強度為 500 MPa、降伏強度為400 MPa、楊氏係數E=210 GPa、剪力模數G=80.8 GPa，試分別以最大剪應力理論、畸變能理論（distortion energy theory） 計算此桿件在A 點之設計安全係數。（20 分）

第3題

有一SAE1040 冷拉鋼之材料桿件，其材料抗拉強度為550 MPa、降伏強 度為490 MPa，承受一軸向之拉伸疲勞變動負載：Fmax= 3500 N、Fmin= 500 N。若材料之耐久限（endurance limit）為210 MPa，且桿件上無應力 集中，設計時之安全係數為2.0，則當桿件設計壽命為105 次負載循環 下，求其所需之桿件截面積大小。（20 分）

第4題

有一螺旋壓縮彈簧，鋼絲直徑4.0 mm、平均螺旋半徑14.0 mm、總螺旋 圈數8 圈，彈簧兩端為磨平（ground，總共無效圈數為1.0），承受靜態 負載大小為450 N。若鋼絲之抗拉強度Su= 1400 MPa 且拉伸降伏強度 Sy、剪力降伏強度Ssy 與Su 比值：Sy/Su=0.60、Ssy/Su=0.40，剪力模數為 79.5 GPa，試求此彈簧使用下之安全係數及此彈簧之彈簧常數。（可能用 到之公式提示： 0.615 k 64 S S C PR Gd K K d c R N 、 、= ）（20 分）

第5題

有一旋轉機械上每一圈迴轉軸之扭矩輸出如圖所示，軸之轉速為60 rpm， 若軸之動力由一固定扭矩之馬達所帶動，且不計機械之其他動力損失， 試求以能量平衡之觀點所需選用馬達之功率。另外，若軸上欲控制轉速 變動係數（coefficient of fluctuation）低於0.20，則所需之鐵製平板飛輪 的外徑應為多少？飛輪鐵材厚度為200 mm，質量密度為7680 kg/m3。 （20 分） Crank Angle (o) Torque (kN-m) Output Torque °