110 公路人員升資考試士級晉佐級 技術類(選試機械原理大意)-公路總局 機械原理大意 考古題詳解

核心觀念

本題考查機械中「基本機件」的分類，以及各類機件在機械系統中的功能與特性。基本機件可依用途概分為：傳動、連接、支承、潤滑與密封。作答時應列出五種不同種類，並各舉一個具體機件，說明它的作用及特性。

解題方法

採「種類—例子—功能—特性」的順序作答。例子須能明確代表該種類；功能說明機件負責的工作，特性則指出其受力、運動或使用上的重要特徵。以下列出五種常見基本機件：

核心觀念

軸承是支承軸或轉動零件的機件，使其能在指定位置平順運動，並承受運轉時的負荷。依承受負荷方向，可分為：

• 徑向軸承：主要承受垂直於軸心方向的負荷。
• 止推軸承：主要承受平行於軸心方向的負荷。
• 複合軸承：同時承受徑向與軸向負荷。

軸承的功能包括支承與定位軸、承受負荷、降低摩擦與磨耗，並維持機械運轉的平穩性。軸承可依摩擦型式分為滑動軸承與滾動軸承；滑動軸承藉由潤滑膜減少軸與軸承面的直接接觸，滾動軸承則以滾動體降低摩擦。

解題方法

本題是軸承種類的申論題。作答時先說明軸承的共同功能，再依題目列出的四種軸承，分別交代其構造或潤滑方式、主要承受的負荷，以及適用特性。須特別區分「多孔」是材料儲油特性、「無油」是潤滑需求特性，而「止推」與「空氣」則分別著重負荷方向與支承介質。

各類軸承的特性與功能

一、多孔軸承

多孔軸承通常以粉末冶金法製成，材料內部含有許多相互連通或分布於表面的微細孔隙。製造後將潤滑油浸入孔隙，運轉時油液受熱膨脹或受毛細作用釋出，在軸與軸承間形成潤滑膜；停止運轉、溫度下降後，部分油液可回吸至孔隙中。

其特性是可儲油並自行供油，日常補油需求低，構造簡單且運轉安靜，適合負荷與速度適中的小型機械，如電動機、小型風扇及家電機具。多孔材質本身仍須有適當潤滑油膜，並非完全不需要潤滑；若負荷過大、轉速過高或孔隙遭污染，仍會造成潤滑不足與磨耗。

二、無油軸承

無油軸承是指在使用條件下不需另行供給潤滑油的軸承，常見形式包括以固體潤滑劑或低摩擦材料製成的滑動軸承，以及具有自潤滑特性的複合材料軸承。材料可含石墨、二硫化鉬或聚合物等，使接觸面在運轉時維持較低摩擦。

核心觀念

本題考查滾子鏈傳動的節徑、鏈輪轉速比，以及鏈條長度與鏈節數的計算。

設鏈條節距為 $p$、鏈輪齒數為 $z$，鏈輪節徑為：

鏈條傳動時，兩鏈輪的轉速與齒數成反比：

鏈條長度以節距表示的近似公式為：

其中 $L_p$ 為鏈節數，$C$ 為軸間距；鏈條總長為 $L=L_p p$。

解題方法

1. 計算兩鏈輪節徑

已知 $p=15\ \mathrm{mm}$，小鏈輪齒數 $z_1=13$，大鏈輪齒數 $z_2=52$。

小鏈輪節徑：

大鏈輪節徑：

2. 計算小鏈輪轉速

大鏈輪為原動輪，故 $n_2=36\ \mathrm{rpm}$。依轉速與齒數成反比：

核心觀念

本題考查帆滑車的機械利益與位移比。理想滑車不計摩擦時，同一條繩上的張力處處相等；各滑車組由繩子支承的繩段數，決定該組的機械利益。兩組滑車串聯時，總機械利益為各組機械利益的乘積，總位移比也相同。

解題方法

先由施力端往重物端分別計算兩組滑車的支承繩段數。

第二組的上端是雙槽動滑輪，下端是單槽定滑輪。繩端固定於定滑輪支架，繩子依序繞過上端動滑輪、下端定滑輪，再回到上端動滑輪，末端受拉力 $F$。上端動滑輪由四段繩子支承，因此其支承力為

這個力透過上端動滑輪支架，傳給第一組滑車的繩端。

第一組的下端是單槽動滑輪，繩端固定在其支架上端；繩子依序繞過上端定滑輪、下端動滑輪，再回到上端定滑輪，末端接第二組。動滑輪支架由三段繩子支承，因此重物所受向上總力為第二組傳來的繩端張力之三倍：

代入 $F=100\ \mathrm{N}$：

故此帆滑車的最大起重能力為 $1200\ \mathrm{N}$。