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普考申論題 107年 [機械工程] 機械設計概要

第 一 題

📖 題組:
一、一螺旋彈簧如圖所示尚未完成製圖的尺寸及精度標註,此彈簧線徑 4 mm,自由高度75 ± 0.1 mm,外徑 34 mm,總圈數 N = 8.5,有效圈數 Na = 6.5,兩端平口且研磨。
📝 此題為申論題,共 5 小題

小題 (一)

求壓實高度。(4 分)

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看到本題,首先要辨識出這是螺旋彈簧的基本尺寸計算。解題關鍵在於題幹給定的端面條件為「兩端平口且研磨」(Squared and Ground Ends)。在此條件下,總圈數與壓實高度的關係為何?直接代入對應的幾何公式即可求得。

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【考點分析】 本題考查壓縮螺旋彈簧在特定端部條件下的壓實高度(Solid Height)計算。 【理論/法規依據】

小題 (二)

求節距 p。(4 分)

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接著要計算節距(Pitch, p)。節距的定義是相鄰兩有效圈之間的軸向距離。對於「兩端平口且研磨」的彈簧,自由高度 $L_f$、節距 $p$、有效圈數 $N_a$ 與線徑 $d$ 之間有標準的幾何轉換關係。需利用自由高度公式反推節距。

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【考點分析】 本題考查螺旋彈簧節距的推導與計算。 【理論/法規依據】

小題 (三)

此彈簧受軸向力 292 N 作用時,長度被壓縮至 55 mm,求彈簧常數,(4 分)以及作用軸向力為 525 N 時,求彈簧長度。(3 分)

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這部分考查虎克定律的應用。首先根據已知的力與對應的變形量算出彈簧常數(k)。變形量是自由長度減去壓縮後的長度。算出 k 值後,再用它來反推在另一個負載(525 N)下的變形量,進而求出最終長度。注意不可超過壓實高度。

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【考點分析】 本題考查彈簧常數(Spring Rate/Constant)的定義與虎克定律(Hooke's Law)的應用。 【理論/法規依據】

小題 (四)

兩研磨端面之完工粗糙度被要求上限為 12.5 μm,則應在圖中小括號內的精度如何標註?(2 分)

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考查機械製圖標準(表面粗糙度標註)。題目提及「小括號內的精度」,這是在工程圖中表示「其餘表面」(General Surface Roughness)的標註方式。需要回想 CNS 或 ISO 標準中表面粗糙度的符號表示法(如倒三角形或打勾符號加上數值)。

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【考點分析】 本題考查工程製圖中的表面粗糙度(Surface Roughness)標註規範。 【理論/法規依據】

小題 (五)

兩端面同樣以外徑 34 mm 之軸線為基準的垂直度誤差不超過 1.8 mm,在圖中右下端幾何精度的標註?(3 分)

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考查幾何公差(GD&T)的符號與特徵控制框(Feature Control Frame)的構成。分析題意提取三個要素:1. 幾何特徵:垂直度(Perpendicularity)。2. 公差值:1.8 mm。3. 基準面:軸線(通常標示為 A 或其他字母)。接著按照「符號 | 公差值 | 基準」的順序填寫方框。

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【考點分析】 本題考查幾何公差(GD&T)中的垂直度標註方式及特徵控制框(Feature Control Frame)的畫法。 【理論/法規依據】

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