就滾珠軸承而言,負荷F 與壽命L 之間存在一個三次方反比關
係,其確切關係式需由應試者判斷。又軸承專業製造廠提供之設
計資料,通常對其軸承設定之額定壽命為106 轉,並有一相對應
的額定負荷值。今使用者欲其軸承之轉速為1725 rpm、負荷400
磅力(lbf),壽命為5000 小時,則製造商提供的設計資料上,106
轉所對應的額定負荷應為多少?
通常自行車的傳動方式採用鏈條,其最高機械效率可達95%,今
考慮改為齒輪及軸傳動,傳動軸由兩個滾動軸承支撐在車架上,
軸的兩端都有一組傘形齒輪(Bevel gear)將腳踏板之輸入功率傳至
後輪驅動,每組齒輪的機械效率為98%,又軸承及封裝的摩擦效
應消耗0.1 N-m 扭矩。假定騎乘速度為20 km/h 時需要驅動後輪
的功率為220 W,此時軸的轉速為1200 rpm,試問:擬改用軸傳
動設計後的整體機械效率為多少?是大於或小於鏈條傳動的
95%?
一行星齒輪系(planetary gear train,可參考附圖一)被採用於曳
引機的傳動器中,其中之太陽輪(sun gear)連接引擎,轉速為3000
rpm,而環齒輪(ring)是被固定於機架上,以行星架(arm)為輸出
端,如果太陽輪有16 齒,三個行星齒輪(planet)中的每一輪有34
齒,請計算出:
(1) 行星架的轉速為多少rpm?
(2) 每個行星齒輪的轉速為多少rpm?
考慮某一種煞車裝置,利用槓桿原理及短的摩擦塊(參考附圖二),煞車鼓半徑為
14 吋(in),正在以5000 rpm轉速帶動2000 吋.磅(in.lb)的扭矩,假定煞車鼓
和煞車塊之間的摩擦係數為0.3,求:
(1) 煞車塊正向受力P 為多少?
(2) 當煞車鼓逆時針方向轉時,所需的制動力W?
(3) 當煞車鼓順時針方向轉時,所需的制動力W?
(4) 如果此煞車裝置變成自行鎖住(self-locking)的狀態,則圖中
1.5 吋的數值需要重新設計為多少(其他尺寸不變)?
一個時規皮帶(Timing belt),或稱為同步皮帶(Synchronous belt,
見附圖三),將渦輪機動力傳至磨輪,皮帶長750 mm 重180 g,
最大可承受拉力為2000 N,渦輪(turbine)及磨輪(grinding wheel)
的轉速都是5000 rpm,試求當傳動最大功率時之最恰當的滑輪節
直徑(Pulley pitch diameter)?
一皮帶動力經由圓形傳動軸傳遞至另一皮帶輪(附圖四之C,D 位
置),軸承支撐點為A 及B,假設其為簡單支撐並且無摩擦阻力,
又傳動軸為韌性材料,降伏強度為500 MPa,但考慮安全係數為
2,故設計實用之最大應力不可超過一半,試求該實心軸的最小直
徑應為多少?同時繪製自由體圖(Free body diagram),彎矩圖以及
扭矩圖。(沿傳動軸之方向為x)。
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