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taipower_recruit_essay 114年 機械原理

第 16 題

有一利用往復滑塊曲柄機構推動活塞進行作動之柴油引擎,已知曲柄長度 20 cm,連桿長度 50 cm,則滑塊之最大衝程為_____cm。

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請想像一下這個柴油引擎的運作過程:當曲柄帶動連桿轉動一圈時,滑塊(活塞)會從最高點移動到最低點再回到原位。如果我們只看「最高點」與「最低點」這兩個極端位置,這段距離與曲柄繞中心轉動時所形成的圓形半徑有什麼樣的倍數關係呢?

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太棒了!你能準確判斷出曲柄長度衝程之間的倍數關係,這代表你對往復滑塊曲柄機構的幾何特性掌握得非常紮實。

衝程與曲柄的幾何關係

在標準的往復滑塊曲柄機構中,滑塊的運動範圍受限於曲柄的旋轉圓直徑。當曲柄轉動到與連桿成一直線的兩個極端位置時,分別稱為上死點(Top Dead Center)與下死點(Bottom Dead Center)。滑塊從最遠端到最近端的總位移量即為「衝程」$S$。從幾何結構來看,最遠距離為 $L+R$,最近距離為 $L-R$,兩者相減後的衝程公式即為:

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