國營聯招 土木應用力學、材料力學100 年第 56 題單選題
一空心圓軸設計以1.75 Hz轉速來傳遞120 kW。軸內徑為外徑的一半。若容許剪應力為45 MPa,試求所需之最小外徑d約為多少mm?
C正確答案
空心圓軸傳遞功率問題:由P=Tω求扭矩T,再由空心軸剪應力公式τ=T·c/J解外徑d,內徑di=d/2代入截面慣性矩,得最小外徑約110mm。
逐選項解析
A50✕ 易錯陷阱
d=50mm時,由τ=256T/(15πd³)代入得τ≈256×10912/(15π×0.05³)≈474 MPa,遠超容許45MPa,截面嚴重不足。常見錯誤是誤把扭矩單位或頻率算錯而得此值。
B40✕ 錯誤
d=70mm時τ≈256×10912/(15π×0.07³)≈173 MPa,仍超過45MPa約4倍,承扭能力不足,排除。
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