102年 專技高考 機械工程技師｜歷屆考題全文（機器抽取）

102 年專門職業及技術人員高等考試建築師、技師、第二次 食品技師考試暨普通考試不動產經紀人、記帳士考試試題

等 別： 高等考試

類 科： 機械工程技師

科 目： 機械製造

考試時間：

2 小時

※注意：

 禁止使用電子計算器。

•  不必抄題，作答時請將試題題號及答案依照順序寫在試卷上，於本試題上作答者，不予計分。

• 一、對於熔融金屬的流動性（ fluidity of molten metal ），  請申論其四種影響因素。（ 10 分）  請繪圖說明其測試方法。（ 10 分）

• 二、對於冷銲接（ cold welding ），請申論其  銲接原理（ 5 分）、  適用工件材料 （ 5 分）、  重要事項（ 5 分）及  缺點。（ 5 分）

• 三、請繪圖且申論  水噴射加工（ water-jet machining ）之加工原理（ 10 分）以及  其與 磨料 -水噴射加工之不同特色。（ 10 分）

• 四、對於平板輥軋（ flat rolling ）製程中，  請繪製接觸弧面上的接觸壓力、摩擦剪應力 以及滑動率（ strip slip rate ）之分布圖（ 10 分）、  說明前進滑動率（ forward slip rate ） 之定義。（ 5 分）

• 五、對於摩擦鋸削（ friction sawing ），請詳述  其特徵（ 10 分）以及  工件材料。（ 5 分）

• 六、請詳述在金屬粉末的混合過程（ blending ）中，  添加潤滑劑的原因（ 5 分）以及  其具有引起爆炸危險的原因。（ 5 分）

代號 ：

00810 全一頁

座號：

102 年專門職業及技術人員高等考試建築師、技師、第二次 食品技師考試暨普通考試不動產經紀人、記帳士考試試題

等 別： 高等考試

類 科： 機械工程技師

科 目： 機動學與機械設計

考試時間：

2 小時

※注意：

 可以使用電子計算器。

•  不必抄題，作答時請將試題題號及答案依照順序寫在試卷上，於本試題上作答者，不予計分。

• 一、試說明且定義正齒輪（ Spur gear ）或斜齒輪（ Helical gear ）強度設計時，常用之基 本參數：李維斯形狀因子 Y （ Lewis form factor, Y ）及 AGMA 幾何因子 J （ AGMA geometry factor, J ）。並試解釋一般正齒輪強度設計中，主要會考慮分析那些破壞因 素。（ 20 分）

• 二、試說明下列常用於週期性變異負載破壞或疲勞壽命預估之相關學說。並回答相關問 題：

•  何謂線性蘇德堡疲勞破壞極限理論（ Linear Soderberg fatigue failure criterion ）與修正 型古德曼疲勞破壞極限理論（ Modified Goodman fatigue failure criterion ）？可否舉出 任一目前常用之非線性之疲勞破壞極限理論？（ 10 分）

•  何謂疲勞負載米勒法則（ Miner's rule ）？試説明其用途。（ 10 分）

• 三、下圖所示為一簡單行星齒輪系，齒輪 2 （齒數為 105 2 = T ）與齒輪 3 （齒數為 45 3 = T ） 嚙合，並分別以旋轉對和齒輪架 c 鄰接。設齒輪 2 的轉速為 2 ω ，相對於齒輪架 c 的轉 速為 c 2 ω ；齒輪 3 的轉速為 3 ω ，相對於齒輪架 c 的轉速為 c 3 ω ；齒輪架 c 的轉速則為 c ω 。試分析下列條件下此齒輪系的速度比各為若干？

•  若齒輪 2 為主動輪、齒輪 3 為輸出端，且齒輪架 c 為固定。（ 7

•  若齒輪 3 為主動輪、齒輪架 c 為輸出端，且齒輪 2 為固定。（ 7 分）

•  若齒輪 2 為主動輪、齒輪架 c 為輸出端，且齒輪 3 為固定。（ 6 分）

代號 ： 00820 （正面）

全一張

座號：

分）

102 年專門職業及技術人員高等考試建築師、技師、第二次 食品技師考試暨普通考試不動產經紀人、記帳士考試試題

等 別： 高等考試

類 科： 機械工程技師

科 目： 機動學與機械設計

四、如圖所示一鋼質軸元件上，端點位置承受三維負載：

0.55 (kN) = F

；

8 (kN) = P ； 30 (Nm) = T

A

•  試問圖上 A 點之主應力值 1 σ 、 2 σ 、 3 σ 、最大剪應力 max τ 值與 von Mises 應力值 σ ′ 各為若干？（ 10 分）

•  若圖上 A 點為其最弱點，且該軸件材質之降伏強度為 200 MPa = y S ，試問其分別 基於最大主應力（ Maximum normal stress ）學説、最大剪應力（ Maximum shear stress ）學説與最大畸變能應力（ Maximum distortion energy stress ）學説，所得安 全係數值各為若干？（ 10 分）

• 五、一鋁製長筒狀兩端密閉之薄壁壓力容器（ Thin-walled cylinder pressure vessel ）， 其外徑為 Do = 200 mm ，壁厚為 t = 6 mm ；若此壓力容器之材質具有：降伏強度（ Yield strength ） 150 MPa = y S 。若內壓為 5000 Pa = P ，

•  試利用薄壁壓力容器理論（ Thin-walled cylinder pressure vessel theory ），分 別計算其平均圓周切線向應力（ Tangential stress or hoop stress ） t σ 、長軸向應力 （ Longitudinal or axial stress ） l σ 及徑向應力（ Radial stress ） r σ 值。（ 12 分）

•  若此三項應力 t σ 、 l σ 及 r σ 正為其三個主應力，試利用最大剪應力破壞學説，計 算出其對應之安全係數 n 值。（ 8 分）

代號 ： 00820 全一張 （背面）

102 年專門職業及技術人員高等考試建築師、技師、第二次 食品技師考試暨普通考試不動產經紀人、記帳士考試試題 代號 ： 00830 全一張 （正面）

等 別： 高等考試

類 科： 機械工程技師

科 目： 工程力學（包括靜力學、動力學與材料力學）

考試時間：

2 小時

※注意：

 可以使用電子計算器。

 不必抄題，作答時請將試題題號及答案依照順序寫在試卷上，於本試題上作答者，不予計分。

• 一、圖一為某樑結構的支撐（ support ）及受力情況，為了支撐處之安全考慮，設定支撐 處的最大允許反應力為 350 N ，試問：

•  該樑自由端至支撐處 A 點的最短安全距離 d ？（ 10 分）

•  該樑自由端至支撐處 A 點的最長安全距離 d ？（ 10 分）

圖一

• 二、如圖二中所示，水平桿 OA 以 1 10 + = t θ & 的速度繞著直立軸旋轉， θ & 及 t 的單位分別 為 rad./sec 及 sec. 。該水平桿上套裝一個 2.45 N 的軸環（ collar ） B ，同時於 O 點有 條長度為 0.45 m 的繩子繫著該軸環，該繩的斷裂拉力（ breaking force ）為 18 N 。忽 略摩擦效應，於該繩斷裂的瞬間，試問：

•  軸環相對於繩子的加速度？（ 10 分）

•  繩子作用於軸環的橫向力（ transverse force ）？ （ 10 分）

提示： θ θ θ θ e r r e r r a r r & & & & r & & & r ) 2 ( ) ( 2 + + -=

圖二

• 三、圖三中為某輥製鋼樑的 I 形截面（面積為 5700 mm 2 ），平行且經 I 形心的慣性矩 （ moment of inertia ）為 120 6 10 × mm 4 。為了增加強度，於其上方附加一塊 230 × 20 mm 的鋼板，而構成為複合（ composite ）截面。試問：

•  複合截面的形心（ centroid ） C 距離原 I 形截面形心的距離？（ 10 分）

•  平行於板且經過形心 C 的複合截面慣性矩？（ 10 分）

圖三

座號：

102 年專門職業及技術人員高等考試建築師、技師、第二次 食品技師考試暨普通考試不動產經紀人、記帳士考試試題 代號 ： 00830 全一張

等 別： 高等考試

類 科： 機械工程技師

科 目： 工程力學（包括靜力學、動力學與材料力學）

• 四、圖四為某鋼樑支撐及受力圖，有一集中負荷 P 作用於端點 C 處。以 A 為原點，向右 座標軸為 x ，向上座標軸為 y ，其位移關係式為：

•  試解係數 1 C 及 2 C 。（ 5 分）

•  試問最大位移（ max y ）表示式及其位置（ max x ）表示式？（ 10 分）

•  若 P = 220 kN ， L = 5 m ， a =1.2 m ， E = 200 GPa ， I = 6 10 300 × mm 4 ，試問最大位移 量（ max y ）及其位置（ max x ）？（ 5 分）

• 五、於受力物體上，某點的平面應力狀態（ state of plane stress ）表示為圖五，可算出主 應力（ principal stress ） 1 σ 對應面位於 o 66.3 之方向，另一個主應力 2 σ 對應面位於 o 23.7 -之方向（註：方向是自 x 座標軸逆時針量起）。試問：

•  主應力 1 σ 及 2 σ 的值為若干 MPa ？（ 5 分）

•  若以三維（ three-dimension ）的考慮，主應力 1 σ 、 2 σ 及 3 σ 的值各為若干 MPa ？（ 5 分）  絕對最大剪應力（ absolute maximum shear stress ）的值為何？（ 5 分）

•  以主應力 1 σ 及 2 σ 繪製平面應力狀態。（ 5 分）

（背面）

102 年專門職業及技術人員高等考試建築師、技師、第二次 食品技師考試暨普通考試不動產經紀人、記帳士考試試題

等 別：

高等考試

類 科：

機械工程技師

科 目：

流體力學與流體機械

考試時間：

2 小時

※ 注意：

 可以使用電子計算器。

 不必抄題，作答時請將試題題號及答案依照順序寫在試卷上，於本試題上作答者，不予計分。

• 一、下圖所示的閘門係鉸接（ Hinged ）於 0 處，其寬度 w = 5 m 。 此閘門的表面為 a y x 2 = ，其 中 a = 4 m ，而右邊的水深度為 4 m 。 若水的密度為 1000 kg/m 3 ，試求水作用在此 閘門之合力大小。（ 15 分） Fa y

x

w

= 5 m

D

= 4 m

0

a

y

x

2

=

水

• 二、為了估算某油輪的航行阻力，假設其船底為寬度與長度分別為 70 m 與 360 m 的矩形， 而吃水深度為 25 m ，試求此船以 24 km/hr 航行時所受的水阻力。已知水的密度與動力 黏度分別為 1020 kg/m 3 與 1.37 × 10 -6 m 2 /s ，阻力係數則為 0.455 /(log Re L) 2.58 -1610/ReL 。 （ 25 分）

• 三、某圓柱狀煙囪的直徑與高度分別為 1 m 與 25 m 。若空氣以均勻的速度 U 橫向吹過 此煙囪，而空氣的密度與黏度分別為 1.23 kg/m 3 與 1.79 × 10 -5 kg/(m ． s) ，試利用下圖 之資料，求此煙囪在 U = 50 km/hr 及 U = 10 km/hr 時所受到的力，並討論該兩力的 大小差異。（ 25 分）

代號 ： 00840 全一張 （正面）

座號：

102 年專門職業及技術人員高等考試建築師、技師、第二次 食品技師考試暨普通考試不動產經紀人、記帳士考試試題

等 別：

高等考試

類 科：

機械工程技師

科 目：

流體力學與流體機械

• 四、某小風扇使 0.1 kg/min 的空氣移動，其入口與出口的管路直徑分別為 60 mm 與 30 mm ，風扇則消耗 0.14 W 動力，並使空氣的靜壓力提高 0.1 kPa 。假設入口與出 口的空氣速度分布均為均勻，空氣的密度為 1.23 kg/m 3 ，試求功率損失。（ 20 分）

• 五、以壓縮機壓縮空氣時，有時會使用中間冷卻（ Intercooling ）。請以壓容圖（ Pressure-volume diagram ）說明使用中間冷卻的優缺點。（ 15 分）

代號 ： 00840 全一張 （背面）

102 年專門職業及技術人員高等考試建築師、技師、第二次 食品技師考試暨普通考試不動產經紀人、記帳士考試試題

等 別： 高等考試

類 科： 機械工程技師

科 目： 熱力學與熱傳學（包括熱機）

考試時間：

2 小時

代號 ： 00850 （正面）

全一張

座號：

※注意：

 可以使用電子計算器。

•  不必抄題，作答時請將試題題號及答案依照順序寫在試卷上，於本試題上作答者，不予計分。

• 一、熱阻常應用於電腦散熱系統之初步設計，試說明熱傳三個基本模式（ basic models ） 之定律，並以此定律表達熱阻值之數學式。（ 10 分）

• 二、有一 3 m 長之電線，其銅線（電阻為 0.0209 Ω /m ）直徑 2 mm ，外包覆 3 mm 厚的 絕緣橡膠（熱傳導係數為 0.2 W/mK ），此電線置放於溫度 25 ℃ ，熱傳遞係數 20 W/m 2 K 之環境。若忽略材料間的介面熱阻，當橡膠設計最高溫度是 125 ℃ 時，請 計算通電後電流不得超過多少安培。（ 10 分）

• 三、空氣（ 1.01kJ/kgK = p C ， 0.287 kJ/kgK = R ）在下列兩種絕熱膨脹過程是否可能發 生？並請說明之。

•  由 500 kPa ， 127 ℃ 膨脹至 250 kPa ， 77 ℃ 。（ 5 分）

•  由 500 kPa ， 127 ℃ 膨脹至 300 kPa ， 67 ℃ 。（ 5 分）

四、焦爾 -湯姆森係數（ Joule-Thomson coefficient, J μ ）之定義

 以熱力學關係式（可以用 h(T,p) 和 s(T,p) ）證明

•  證明理想氣體之 0 = J μ 。（ 5 分）

•  請以 p-T 圖說明 J μ 正負值在節流過程中之物理意義。（ 5 分）

• 五、有一高溫能源庫（ high-temperature reservoir, TH ）供能量 400 kJ （ QH ）給一熱機，此 熱機輸出功 140 kJ ，其未用熱能釋放至低溫能源庫（ TL ）。試求此熱機最大可能輸 出功和第二定律效率。（ 10 分）

102 年專門職業及技術人員高等考試建築師、技師、第二次 食品技師考試暨普通考試不動產經紀人、記帳士考試試題 全一張

等 別： 高等考試

類 科： 機械工程技師

科 目： 熱力學與熱傳學（包括熱機）

• 六、氣輪機之動力循環中，空氣以 300 K ， 100 kPa 進入效率 88% 之壓縮機，並以 620 kPa 流出後入燃燒室作等壓加熱，其所用燃料熱值是 44186 kJ/kg fuel ，且燃料 / 空氣比是 0.017 kg fuel /kg air 。若輪機的效率是 90% ，試求每公斤空氣之輪機輸出功，壓縮機輸 入功和循環熱效率。（可以採用 700 K 時空氣 1.065 kJ/kgK = p C ，比熱常數比 1.4 = k ） （ 20 分）

• 七、有一柴油引擎之油冷卻器，使用反向雙管式熱交換器（ counter-flow double-pipe heat exchanger ）方式，以流量 0.12 kg/s ，溫度 20 ℃的水（ 4176 J/kgK = p C ）將流量 0.1 kg/s ， 溫度 120 ℃的油（ 2131J/kgK = p C ）冷卻至 60 ℃。若此交換器之熱效率是 95% ，總 熱傳遞係數是 400 W/m 2 K ，外界溫度是 27 ℃。試計算：

•  總熱傳面積。（ 10 分）

•  此交換器之性能係數（ effectiveness, ε ）和傳遞單位數（ Number of transfer units, Ntu ）。 （ 5 分）

代號 ： 00850 （背面）

102 年專門職業及技術人員高等考試建築師、技師、第二次 食品技師考試暨普通考試不動產經紀人、記帳士考試試題

等 別： 高等考試

類 科： 機械工程技師

科 目： 電工學（包括電機機械）

考試時間：

2 小時

※注意：

 可以使用電子計算器。

 不必抄題，作答時請將試題題號及答案依照順序寫在試卷上，於本試題上作答者，不予計分。

• 一、有一部四極、 60 Hz 、 400 V 之三相 Y 接同步電動機，每相輸出功率為 2 kW ，計算 此同步電動機之總力矩。（ 20 分）

• 二、  如圖電路的開關 S ，若向下扳而使電流連通之瞬間當作零秒起算，以每五秒為間 隔，繪出 v R 和 v C 直到五十秒時刻的變化曲線。（ 14 分）

•  計算此電路之時間常數（ time constant ）。（ 6 分）

S

vR

R

＝

100 k

Ω

V

＝

20 V

C

＝

100

μ

F

vC

三、  橫軸以角度（ deg ）表示，角頻率 ω 由自己訂定，繪出下列交流電壓的波形：（ 16 分）

v1(t)= 20sin( ω t -60 ° ) V

v2(t)= 60sin( ω t+45 ° ) V

 兩個波形之相位差多少？（ 4 分）

四、從電動機械的觀點，請敘述你對於名詞稀土元素（ Rare earth element ）的了解。 （ 10 分）

五、對於 10 V 直流電源的電路，計算通過 2 歐姆電阻的電流。（ 20 分）

10

Ω

5

Ω

10

Ω

Ω

2

Ω

10 V

＋

－

5

六、繪圖並且敘述音圈馬達（ voice coil motor ）的構造、原理以及應用。（ 10 分）

代號 ：

00860 全一頁

座號：