112年 - 112 地方政府特種考試_三等_機械工程：機械設計#118366

一、已知結構工程應用需使用一圓形桿件來支撐 400 kN 的軸向拉力 F，且不會超過所選用材料的降伏強度 S_y。設計時考量選用 1040 碳鋼、4140 合金鋼、Al 2024 鋁合金及 Ti-6Al-4V 鈦合金四種材料，其材料性質如下表所示。請依據最小直徑的設計目標，決定上述材料中最適用的一種材料。列出計算結果，並說明理由。（提示：軸向應力σ= F/A = S_y。）（20 分）

(三)利用應力-壽命方程式σ_rev = aN^b，求該旋轉軸在上述完全反覆彎矩作用下預期的疲勞壽命 N。其中係數 a = (fS_u)²/S_e 及 b = -[log(fS_u/S_e)]/3。

(二)假設齒輪 2 在 1500 rpm 轉速下運轉並傳遞功率，請根據彎曲強度及路易斯彎曲應力公式，求作用在齒輪 2 的切線負載 Ft 及該齒輪可傳遞 的功率。已知該齒輪的路易斯（Lewis）形狀係數 Y = 0.337，允許彎曲 強度σ_all = 80 Mpa。路易斯彎曲應力公式 σ= K_vF_t /(bmY ) ，其中 F_t 為作 用在輪齒的切線負載（N） ；動態因數 Kv= (6.1+V )/6.1，V 為節線速度 （m/s）。（15 分）