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普考申論題 109年 [機械工程] 機械設計概要

第 一 題

📖 題組:
四、如圖所示一個薄板用兩根鉚釘固定在機架上,薄板自由端受平行於板面的垂直負載:F = 10000 N,鉚釘直徑30 mm,鉚釘材料的許用剪應力強度 Sτ_all = 95 MPa,求:(每小題5分,共15分)
題組圖片
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (一)

鉚釘所受的平均直接剪應力?

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分析偏心受力接合件時,外力會轉換為作用於鉚釘群形心的「直接剪力」與「扭轉剪力」。本題僅詢問「平均直接剪應力」,因此只需將外力平均分配給所有鉚釘,並除以單一鉚釘的單剪截面積即可得出結果。

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【解題關鍵】直接剪應力由外力平均分配至各鉚釘承擔,公式為 $\tau = \frac{F}{n \cdot A}$。 【解答】 Step 1:判定受力型態與直接剪力

小題 (二)

鉚釘所受的扭矩剪應力?

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解決偏心負載的鉚釘群問題時,首先需找出鉚釘群的形心位置,並計算負載對形心產生的扭矩(偏心距×負載)。接著,根據各鉚釘距形心的距離比例,分配扭矩求出各鉚釘的二次剪力(扭矩剪力)。最後,將該剪力除以鉚釘的剪切截面積(由圖判斷為單剪切)即可求得扭矩剪應力。

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【解題關鍵】偏心負載對鉚釘群形心產生扭矩,先求出單個鉚釘分擔的扭矩剪力,再除以鉚釘截面積即為扭矩剪應力。 【解答】 計算:

小題 (三)

鉚釘合成剪應力之最小安全係數?

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遇到鉚釘群承受偏心受力問題,首先應找出鉚釘群形心,將外力轉換為『直接負載』與『扭轉力矩』。接著計算每根鉚釘的直接剪力與扭轉剪力,透過向量方向疊加找出受力最大的危險鉚釘。最後由單剪切面積求出最大剪應力,再以材料的許用應力除以最大實際應力即可得到安全係數。

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【解題關鍵】將偏心負載等效平移至鉚釘群形心,分別求出直接剪力與扭轉剪力並進行向量疊加,最後以許用應力除以最大實際應力求得安全係數。 【解答】 Step 1:確定形心與等效負載

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