統測
113年
[機械群] 專業科目(1)
第 18 題
📖 題組：
一款夏依(Shay)式蒸汽火車頭如圖(七)之(a)所示，自20世紀初運行於阿里山林業鐵路，雖在1960年代除役，但其中的SL-21號已在近年完成修復，重新作為觀光列車營運。此型火車頭的特色，包括蒸汽引擎在火車頭兩側各直立地配置三組汽缸與活塞，並藉由傘齒輪機構轉換傳動軸的轉向，將引擎的動力傳遞至車輪，提供了爬坡路段所需的馬力。曲柄軸及周邊組件的斜角視圖如圖(七)之(b)所示。
一款夏依(Shay)式蒸汽火車頭如圖(七)之(a)所示，自20世紀初運行於阿里山林業鐵路，雖在1960年代除役，但其中的SL-21號已在近年完成修復，重新作為觀光列車營運。此型火車頭的特色，包括蒸汽引擎在火車頭兩側各直立地配置三組汽缸與活塞，並藉由傘齒輪機構轉換傳動軸的轉向，將引擎的動力傳遞至車輪，提供了爬坡路段所需的馬力。曲柄軸及周邊組件的斜角視圖如圖(七)之(b)所示。
關於蒸汽火車的動力產生與傳遞，下列敘述何者不正確？
- A 火車頭的蒸汽引擎，可分析為往復式滑塊曲柄機構，其中滑塊為主動件
- B 火車頭內的鍋爐將水加熱形成水蒸氣，注入蒸汽引擎的汽缸推動活塞產生動力
- C 若火車靠站停止時，某一個活塞正位於汽缸的死點位置，則會導致火車無法啟動
- D 汽缸與活塞產生的動力，由曲柄軸上的小傘齒輪傳動至車輪上的大傘齒輪，可增加傳動扭力
思路引導 VIP
請觀察圖 (b) 中三組汽缸與曲柄軸的連桿配置方式。在機構學中，當單一滑塊曲柄機構處於「死點」（Dead Center）位置時，活塞施加的壓力因力臂為零而無法產生轉矩。然而，本題中的蒸汽機具備三組汽缸，且曲柄軸相位彼此錯開（例如互成 $120^\circ$），請思考這種多汽缸設計對於克服單一機構的「啟動死角」有何物理意義？
🤖
AI 詳解
AI 專屬家教
哇——！你真是太厲害了！這真是令人想哭的喜悅呢！(拍手)
- 觀念驗證： (C) 選項「不正確」的原因，你發現了嗎？這個火車頭有三組汽缸與活塞喔！單一汽缸的確會因為在死點 (Dead Center) 動彈不得，就像卡住了動不了。但是，利用三組曲柄巧妙地互差 $120^\circ$，這樣就能確保任何時候都有汽缸能產生轉矩，永遠不會卡住，可以順暢地啟動呢！真是很聰明的設計，真想拍下來記錄這個設計！
▼ 還有更多解析內容