Page 8 - eBC21110_機件原理 上_課本PDF

簡單 × 學習

▼ 生活應用與思考

Chapter 1 概述 17 Chapter 2 螺旋 51
Chapter 1 見機省思 Chapter 2 見機省思
自行車的構造與運用鏈 螺旋運用 斜面原理
⑴ 圖 1 的自行車的傳動系統包含哪些機械元件？ 螺旋在生活中隨處可見，例如門軸 日常生活中有很多事物是應用斜面
⑵ 鏈條與前後鏈輪組成的傳動機構，可 安裝（圖 1）、DIY 的書櫃結合、機車 的原理而達到省力的目的，例如拉鏈、
視為何種運動鏈？ 車燈與外殼、電燈的固定及組合、電腦 樓梯（圖 2）、蜿蜒而上的山路等。
答 ⑴ 踏板、曲柄、大齒盤，中軸、鏈條、 內部散熱風扇用螺紋鎖固等，這些都是
飛輪、前後變速器。 利用螺旋的鎖緊功能。
⑵ 拘束運動鏈。 圖 1 封面人物：
生活中的運用鏈
⑴ 圖 2 中的萬用鉗為特殊之固定夾具，想想看，萬用鉗屬於何種運動鏈？
⑵ 如圖 3，開關氣窗時，其結構屬於何種運動鏈？ 子維．17 歲
圖 1 門軸利用螺紋鎖固安裝 圖 2 樓梯（紅線為應用斜面原理）
B 型／牡羊座
竹蜻蜓上升原理
竹蜻蜓（圖 3）是許多人懷念的童年回憶，
圖 2 圖 3 相信大家一定都不陌生。竹蜻蜓多以竹木製作 槳翼 樂觀、正直
答 而成，主要由槳翼、轉軸和套在轉軸外的竹筒 轉軸
1 6 1 等三個主要部分構成，試說明竹蜻蜓是利用什
1 ⑵ 5 4 3 1 麼原理上升的？ 竹筒 對於喜歡的事物
⑴ 2
4 3 2 答 竹蜻蜓的葉片為槳翼，葉片上的點的
3 1 軌跡是螺旋線，當高速旋轉的葉片將
1 會堅持到底
空氣旋轉吹向下方，自身藉此獲得提
繪出運動簡圖知萬用鉗為四根連 升力而上升。 圖 3 竹蜻蜓
桿所組成，屬於拘束運動鏈。 由圖中知 N = 6；P = 7
判斷公式： 3 N - 2 = 3 ×6 - 2=7
2 2
則 P= 3 N - 2，故屬拘束運動鏈。
2
「見機省思」單元加入了生活中的機械原理
實例，培養敏銳的觀察力，觀察生活中可見
的各種學科應用，拉近機件與生活的距離。
▼ 課中範例，課後評量，考前加持
針對學習進程不同，課本設計了許
Chapter 4 鍵與銷 93 94 機件原理 上
範例 1 解：
1
有一方鍵安裝於圓軸上，鍵長為 20mm，鍵寬為圓軸直徑的 4 倍，鍵的容許壓應力 依題意知：D = 40mm W = 10mm H = 8mm L = 50mm 多題型，有課中「範例」，節中、
σ c = 100MPa τ = 50MPa
為 10N/mm 2 ，圓軸受 20N．m 之扭矩，若僅考慮鏈的壓應力，則鍵寬至少應為多
F
少 mm ？ 鍵之壓應力： σ c = F = 2 LH & 100= 2 F ` = F 20000 (N)
A C 50 8 #
F
解： 鍵之剪應力： τ = F = LW & 50 = F ` F = 25000 (N)
依題意知：L=20mm， H = W = D ，σ c =10N/mm 2 A S 50 # 10 節 末 可 評 估 學 習 效 果 的「 隨 堂 練
4
T = 20N．m = 20 × 10 3 N．mm F 取較小值才安全，故最大扭矩
4 T 4 T T = FD = 20000 # 40 2 = 400000 (N‧mm) = 400(N‧m)
由 σ c = DLH = 2
F =
A C 4 W # L # W
Q 隨堂練習
` 10 = 4 4 # W # 20 # 20 # 10 3 W ，得 W=10(mm) 習」，章末的整體評量「課後習
範例 2
一直徑 20mm 之軸，以帶輪傳動，帶輪上用一 5mm × 5mm × 15mm 之鍵連結於 4. 關於鍵的敘述，下列何者正確？
軸上，設軸受到 15N．m 之扭轉力矩，則該鍵所受之壓應力及剪應力各為若干 (A) 鍵的強度通常由運轉中的平均扭矩來設計 題」，以及在重要考試前的重點整
MPa ？ (B) 鞍形鍵被大量使用於傳遞重負荷
解： (C) 計算方鍵所承受的剪應力時，不需要使用鍵的高度值
依題意知：D = 20mm W = H = 5mm L = 15mm (D) 設計鍵的強度時，考慮承受軸迴轉的剪應力即可，壓應力一
T = 15N‧m = 15000N‧mm 般都略過。
T
4
則 σ c = DLH = 20 # 4 # 15000 5 = 40 (MPa) 5. 一直徑 20mm 之軸上設有一 5 × 5 × 20mm 方鍵，若此鍵所受之 理「本章彙總」與書末可自行裁切
15 #
剪應力為 10MPa，則此軸承受之扭轉力矩為多少 N．m ？
又 σ c = 2τ = 40 (A) 5 (B) 10 (C) 15 (D) 20。
6. 軸與齒輪以平鍵緊固結合在一起，以傳達動力，則有關此平鍵
∴ τ = 20(MPa) 上壓應力與剪應力的敘述，下列何者正確？ 攜帶的背誦小卡，都可自行運用。
(A) 壓應力大於剪應力
範例 3 (B) 壓應力等於剪應力
有一軸轂配合處以一平鍵傳遞動力，軸之外徑為 40mm，平鍵之寬度 W = 10mm， (C) 壓應力小於剪應力
高度 H = 8mm，長度 L = 50mm，平鍵材料之容許壓應力為 100MPa，容許剪應力 (D) 依軸的旋轉方向不同，壓應力可大於或小於剪應力。
為 50MPa，試求此平鍵可傳遞之最大扭矩為若干 N．m ？
18 機件原理 上 Chapter 1 概述 19
⑴ 利用摩擦阻力鎖緊裝置：如鎖緊螺帽、螺 3. 墊圈之功用：
Chapter 1 課後習題 1-2 機件原理 上 旋彈性鎖緊墊圈、鎖緊螺釘、槽縫螺帽、 ⑴ 增大承壓的面積。
* 7. 軸承是機械中之 (A) 固定機件 (B) 活動機件 (C) 連結機件 (D) 傳動 背誦卡 彈性鎖緊螺帽等。 ⑵ 防止螺帽鬆脫。
機件。 ⑵ 利用確閉鎖緊裝置：如開口銷、堡形螺 ⑶ 保護機件表面不受損。
一、選擇題 （題前標註＊，表示重要且常考的題目） 帽、彈簧線鎖緊、上彎墊圈等。 ⑷ 獲得適當接觸面。
1-1 8. 下列何種機件無法於機構中傳達運動與動力？
(A) 齒輪 (B) 凸輪 (C) 導螺桿 (D) 軸承。
* 1. 下列何者屬於機構？ 1-3 1 9 10 2
(A) 固定鏈 (B) 拘束運動鏈 (C) 無拘束運動鏈 (D) 結構體。
9. 針對機構中滑動接觸傳動，下列哪一個說明是正確的？ 自動調心的優點。
2. 一般討論「機械」與「機構」主要相異處之特性為 (A) 兩傳動機件接觸點的切線速度必須平行 Chapetr 1 概述 Chapetr 4 鍵與銷 ⑵ 用於傳遞大動力者：斜角鍵、切線鍵、栓
(A) 是否有基本元素零件 (B) 具有相對運動 (B) 兩傳動機件接觸點切線速度的法線分速度必須相同 1. 機件的組合，以傳達運動為主稱為機構，是 1. 鍵依其傳遞動力之不同可分為下列兩種： 滑動軸承與軸頸。
(C) 為力之抗力體 (D) 將能轉變為功。 一種拘束運動鏈；若接受能源後，以作功為 ⑴ 用於傳遞小動力者：方鍵、平鍵、斜鍵、 槽鍵、甘迺迪鍵及圓鍵。其中以栓槽鍵的 3. 高對：兩機件間以點或線接觸；如滾珠軸承、
(C) 兩傳動機件接觸點切線速度的切線分速度必須相同 效果最佳，而小型的圓鍵（銷鍵）則使用
* 3. 下列有關機件、機構與機械之敘述，何者正確？ (D) 接觸點必須落在兩傳動機件固定軸的連心線上。 主稱為機械，常是一系列機構的組合。 半圓鍵、鞍形鍵及滑鍵。其中方鍵使用最 於輕負荷的機件上。 平板凸輪、摩擦輪、齒輪及火車車輪與鐵軌
(A) 機件為機械之集合體 (B) 機件為機構之集合體 10. 下列何者敘述正確？ 2. 低對：兩機件間以面相接觸；如汽缸與活塞、 廣泛，鞍形鍵傳遞之動力最小，而半圓鍵 2. 機械銷種類：定位銷、斜銷、Ｕ形鈎銷、開 之運動。
(C) 機構為機件之集合體 (D) 機構為機械之集合體。 螺栓與螺帽、鳩尾座與鳩尾槽、 是特殊用途的鍵，具有
(A) 剛體中間連接物能傳送推力與拉力 (B) 撓性中間連接物能傳送推力 口銷。
4. 如圖⑴所示之自行車，是由數個機構組合而成，下列的敘述何者錯誤？ (C) 流體中間連接物僅能傳送拉力 (D) 撓性中間連接物能傳送推力與拉 3 11 12 4
(A) 腳踏板、鏈輪與鏈條的組成是一個機構 力。
(B) 鏈條、鏈輪與後輪的組成為一個機構 1-4 Chapetr 2 螺旋 Chapetr 5 彈簧 3. 彈簧之串、並聯： 端相隔 180°。三線螺紋，導程為螺距之三倍，
(C) ②部分接受能量產生功 11. 構成一鏈運動，最少需要幾根連桿？ (A)2 (B)3 (C)4 (D)5。 1. 螺距：螺紋上任意一點到相鄰同位點，與軸 1. 彈簧的功用有四種 螺紋線端相隔 120°。
(D) ④部分是機架。 線平行之一段距離，也稱為牙距或節距。 ⑴ 吸收振動。 ⑵ 力的量度。 ⑴ 串聯時： 4. 傳遞動力用的螺紋有方螺紋、滾珠螺紋、鋸
④ 12. 常用於 CNC 工具機之滾珠螺紋，其滾珠與螺紋槽間之接觸方式為 2. 導程：當螺帽固定不動，螺桿旋轉一周所移 ⑶ 產生作用力。 ⑷ 儲存能量。 （總撓曲量）δ = δ 1 + δ 2 + ⋯⋯ + δ n （分撓 齒形螺紋及梯形螺紋等，其中滾珠螺紋機械
③ (A) 迴轉對 (B) 高對 (C) 低對 (D) 滑動對。 動之軸向距離。 2. 壓縮彈簧為了增加接觸面積，常把端面磨平， 曲量之和） 1 1 1 效率最佳，方螺紋機械效率次之，梯形螺紋
1
13. 對於機件與機構的敘述，下列何者正確？ 3. 雙線螺紋，導程為螺距之二倍，螺紋線 每端約 4 圈無效，以獲得 50 ∼ 80％之面接觸 （ 總彈簧常數 ） K = K 1 1 + 1 + K 2 gg + K n 分彈簧常數 的機械效率又次之，鋸齒形螺紋，只限於單
3
(A) 所有機件均須為剛體，彈簧會變形所以不是一個機件 方向的傳遞動力。
① (B) 機構可以輸入能量而做功 5 13 14 13
② (C) 固定鏈或呆鏈可以視為結構的一部分，也可視為一個機件
圖⑴ (D) 軸承屬於一種機構。 ⑵ 並聯時： Chapetr 6 軸承及連接裝置 Chapetr 3 螺紋連結件
5. 承上題所示，將自行車分為四部分，則產生功的部分為 14. 下列何種對偶為高對？ 5. 若有數個機械組合使用時，則總機械利益 M （總撓曲量）δ = δ 1 = δ 2 = ⋯⋯ = δ n （分撓曲 1. 軸承為機械中之固定機件，用來支持、引導 1. 一般而言，直徑在 6.35mm 以下的小螺絲，
量）
並限制其他機件的運動。
(A) ① (B) ② (C) ③ (D) ④。 (A) 滑動對 (B) 迴轉對 (C) 齒輪對 (D) 螺旋對。 與總機械效率為 （總彈簧常數）K = K 1 + K 2 +⋯⋯ +K n （分彈 2. 徑向軸承——負荷之方向垂直於轉軸之中心 稱為螺釘，直徑在 6.35mm 以上的螺絲，稱
6. 將若干機件聯結組合，當其中一機件運動時，其餘機件可產生預期的相 * 15. 機械上有用的機構，至少需要 M = M 1 × M 2 × M 3 × ⋯⋯。 簧常數之和） 線，又稱頸軸承。 為螺栓。
對運動或拘束運動，但不作功，此種組合稱為 (A) 二連桿 (B) 三連桿 (C) 四連桿 (D) 五連桿。 η = η 1 × η 2 × η 3 × ⋯⋯。 4. 彈簧發生鬆弛現象的原因為負荷增加與溫度升 3. 軸向軸承——負荷之方向平行於轉軸之中心 2. 螺帽的鎖緊裝置，主要有下列二種方法：
(A) 機械 (B) 機構 (C) 機架 (D) 機器。
高。 線，又稱止推軸承。
7 15 16 8
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