化工設(shè)備機械基礎(chǔ)復習及答案

1、化工設(shè)備機械基礎(chǔ)復習題一、填空題1、強度是指構(gòu)件 抵抗破壞 的能力。2、剛度是指構(gòu)件抵抗變形的能力。3、穩(wěn)定性是指構(gòu)件保持原有平衡狀態(tài)的能力。4、如物體相對于地球靜止或作勻速運動，則稱物體處于平衡狀態(tài) 。5、物體受外力作用變形時，其內(nèi)部各部分之間因相對位置改變而引的相互作力稱為內(nèi)力_6、脆性材料的安全系數(shù)一般取得比塑性材料要大一些 。7、在軸向拉伸或壓縮時，桿件不但有縱向 變形,同時橫向 也發(fā)生變形。8、扭轉(zhuǎn)是桿件的又種變形方式。9、t =Gr稱為剪切虎克定律。10、彎曲是工程實際中最常見的一種基本 變形形式。11、簡支梁是梁的一端為固定較支座，另一端為可動。12、外伸梁是簡支梁的一端或 兩端

2、.伸出支座之外。13、懸臂梁是梁的一端固定，另一端自由一。14、最大拉應(yīng)力理論又稱第一強度理論。15、最大伸長線應(yīng)變理論又稱第二強度理論。16、最大剪應(yīng)力理論又稱第三.強度理論。17、形狀改變比能理論，又稱 第四 強度理論。18、構(gòu)件在工作時出現(xiàn)隨時間作周期變化的應(yīng)力稱為交變應(yīng)力。19、硬度是用來衡量固體材料軟硬程度的力學性能指標。20、裂紋構(gòu)件抵抗裂紋失穩(wěn)擴展的能力稱為斷裂韌性.。21、化工設(shè)備的密封性是一個十分重要的問題。22、化工設(shè)備的耐久性是根據(jù)所要求的使用 年限來決定。23、發(fā)生邊緣彎曲的原因是由于 薄膜 變形不連續(xù)。24、當q/b= _2時為標準型橢圓形封頭。25、圓柱殼體的環(huán)向應(yīng)

3、力為b b=PD/2 826、球形殼體的環(huán)向應(yīng)力為b e=PD/4 827、8 d是圓筒的設(shè)計.厚度。28、8是圓筒的計算厚度。29、有效厚度8 e= 8 +30、凸形封頭包括半球形封頭 橢圓形 封頭、碟形封頭、球冠形封頭四種。31、碟形封頭由以 R為半徑的球面，以r為半徑的過度虬高度為ho的直邊三部分組成。32、錐形封頭在同樣條件下與凸形封頭比較，其受之_情況較差。33、球冠形封頭在多數(shù)情況下用作容器中兩獨立受壓室的生匣_封頭。34、剛性圓筒，由于它的厚徑比8e/D0較大，而長徑比L/D0較小所以一般不存在因失穩(wěn)破壞的問題。35、加強圈應(yīng)有足夠 的岡葉牝通常采用扁鋼、角鋼、工字鋼或其它型鋼組

4、成。36、臥式容器的支座有鞍屋一圈座和支腿三種。37、立式容器有耳式支座、 支承式支座腿式支庫和裙式支庫四種。38、法蘭按其整體性程度可分為松式法蘭、 整體一法蘭和任意式法蘭三種。39、國家標準中的手孔的公稱直徑有DN150 和DN250兩種。40、平帶一般由數(shù)層帆布粘住而成并用接頭連接成環(huán)形帶。41、V帶的橫截面為一等腰梯形_,其工作面是與輪槽相接觸的兩側(cè)面。二、問答題1、構(gòu)件在外力作用下，安全可靠地進行工作應(yīng)滿足哪些力學條件答：（1）強度條件；（2）剛度條件；（3）穩(wěn)定性條件2、常見典型平面約束有幾種答：（1）柔索約束，如繩子、鏈條、皮帶、鋼絲等（2）理想光滑面約束（3）圓柱較鏈約束3、材

5、料力學對變形固體作了哪些假設(shè)答：（1）連續(xù)性假設(shè)（2）均勻性假設(shè)（3）各向同性假設(shè)4、提高梁彎曲強度和剛度的措施答：（1）合理安排梁的受力情況（2）選擇合理的截面形狀5、引構(gòu)件產(chǎn)生交變應(yīng)力的原因有哪些答：（1）載荷作周期性變化（2）載荷不變化，但構(gòu)件作某些周期性運動6、提高構(gòu)件疲勞強度的措施答：（1）減緩應(yīng)力的集中（2）降低表面粗糙度（3）增加表面強度7、化工容器零部件標準化的意義是什么答：標準化是組織現(xiàn)代化生產(chǎn)的重要手段，實現(xiàn)標準化，有利于成批生產(chǎn)，縮短生產(chǎn) 周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，從而提高產(chǎn)品的競爭力，實現(xiàn)標準化，可以增加零部件 的互換性，有利于設(shè)計、制造、安裝和維修，提高勞動生產(chǎn)率

6、。標準化為組織專業(yè)生產(chǎn)提 供了有利條件。有利于合理利用國家資源，節(jié)省材料等。標準化的基本參數(shù)公稱直徑、公 稱壓力。8、從容器的安全、制造、使用等方面說明對化工容器機械設(shè)計有哪些基本要求答（1）強度 （2）剛度 （3）穩(wěn)定性 （4）耐久性 （5）密封性 （6）節(jié)省材料和便 于制造 （7）方便操作和便于運輸：9、軸對稱回轉(zhuǎn)殼體薄膜理論的應(yīng)用范圍答：（1）回轉(zhuǎn)殼體曲面在幾何上是軸對稱的殼體厚度無實變。曲率半徑連續(xù)變化的、材 料均勻、連續(xù)且各向同性。（2）載荷在殼體曲面上的分布是軸對稱和連續(xù)的沒有突變情況（3）殼體邊界應(yīng)該是自由。（4）殼體在邊界上無橫向剪力和彎矩。10、壓力試驗的種類答：（1）液壓試

7、驗 （2）氣壓試驗 （3）氣密試驗11、在簡體與錐形封頭連接時，可采用哪兩種方法來降低連接處的邊緣應(yīng)力答：（1）使聯(lián)接處附近的封頭及筒體厚度增大，即采用局部加強的方法（2）在封頭與筒體間增加一個過渡圓弧，則整個封頭由錐體過渡弧及高度為h0的直邊三部分組成。12、影響外壓容器臨界壓力的因素有哪些答：（1）筒體的幾何尺寸的影響（2）筒體材料性能的影響（3）筒體橢圓度和材料不均勻的影響13、為安全，可拆連接、法蘭必須滿足哪些基本要求答：(1)有足夠的剛度(2)有足夠的強度(3)能耐腐蝕(4)成本廉價14、帶傳動的優(yōu)缺點答：優(yōu)點 (1)適用于兩軸中心距較大的傳動(2)帶具有良好的彈性，可以緩和沖擊和吸

8、收振動(3)過載時，帶在輪上打滑，可防止其他零件損壞(4)結(jié)構(gòu)簡單，加工和維護方便，成本低廉缺點 (1)傳動的外廓尺寸較大(2)不能保證固定不變的傳動比(3)帶的壽命短(4)傳動效率較低等15、輪齒失效有哪幾種形式答：(1)輪齒的折斷 (2)齒面的點蝕(3)齒面磨損 (4)齒面膠合 (5)齒面塑性變形16、滾動軸承的主要失效形式是什么答：在正常使用情況下，只要選擇，安裝，潤滑，維護等方面都考慮周到。絕大多數(shù)軸 承因滾道或滾動表面疲勞點蝕而失效。當軸承不回轉(zhuǎn)，緩慢擺動或低速轉(zhuǎn)動時，一般不會 產(chǎn)生疲勞損壞。但在很大的靜載荷作用下，會使軸承滾道和滾動體接觸處的局部應(yīng)力超過 材料的屈服極限，出現(xiàn)表面塑

9、性變形不能正常工作。此外，由于使用維護和保養(yǎng)不當或密 封潤滑不良等因素，也能引起軸承長期磨損、膠合等不正常失效現(xiàn)象。三、計算題1、用三軸鉆床在水平工件上鉆孔時， 每個鉆頭對工件施加一個力偶 (如圖)。已知三個力 偶的矩分別為：M1=1kN m； M2= m； M3=1kN m,固定工件的兩螺栓 A和B與工件成光 滑面接觸，兩螺栓的距離 1=,求兩螺栓受到的橫向力。解：據(jù)M= FdM=M 1+M2+M3=1+2= mF=M/d=22kN題圖答：兩螺栓受到的橫向力為22kN2、如圖所示，有一管道支架ABC A、B、C處均為理想的圓柱形較鏈約束。以知該支架承受的兩管道的重量均為G二,圖中尺寸均為 m

10、m。試求管架中梁AB和BC所受的力。解：梁AB的受力圖匯 Fx=0 Fx+Fbcos45 =0匯 Fy=0 Fyi Fni Fn2+ Fbcos45 =0匯 Ma=0 FyiX0FniX Fn2X+Fbcos45 X =0Fb= Fx= Fy=桿BC的受力圖h x l=20mm =60MPa,3如圖（a）表示齒輪用平鍵與軸連接，已知軸直徑d=70mm，鍵的尺寸為8x 12mm x 100mm，傳遞的扭轉(zhuǎn)的扭轉(zhuǎn)力偶矩M=2kN - m,鍵的許用切應(yīng)力（rp=100MPa,試校核鍵的強度。先校核鍵的剪切強度。將平鍵沿n-n截面分成兩部分，并把 n-n以下部分和軸作為整體來考慮（圖b）,對軸心取矩，

11、由平衡方程匯Mo=0,得Fs-（d/2）=M,Fs=2M/d=（kN）剪切面面積為 A=S l=20X100=2000mm2,有t =FSA= x 103/2000 x 10 6=（MPa）v t 可見平鍵滿足剪切強度條件。其次校核鍵的擠壓強度?？紤]鍵在n-n截面以上部分白平衡（圖c）,則擠壓力F=F=,擠壓面面積Ap=hl/2,有（T p=F/Ap=x 103/6 X 100 X 10 6=（MPa）v p故平鍵也滿足擠壓強度條件。4、如圖所示結(jié)構(gòu)中梁 AB的變形及重量可忽略不計。桿1為鋼制圓桿，直徑d1=20mm,E1=200; 桿2為銅制圓桿，直徑 d2=25mm,E2=100GPa。試

12、問：（1）載荷F加在何處，才能使梁 AB受 力后仍保持水平（2）若此時F=30kN,求兩拉桿內(nèi)橫截面上的正應(yīng)力。桿1的拉力F1桿2的拉力F2F1=E1 兀 /4 . d2=200GPaX 兀 /4X ( 20) 2=x 107NF2=B 兀 /4 . d2=100GPaX 兀 /4X ( 25) 2=x 107N匯 Ma=0 Fx+也 X2=0匯 Mc=0 F (2 x)+F1X 2=0Fx=X 107Nx=(2)當 F=30kN 時EMa=0-FX +F2X2=012MB=0-F- (2-x)+FiX2=0Fi=X 104NF2=X 104N對卞f 1bi=Fi/(兀 /4 -d 12)=

13、X 104/(兀 /4X 202X10-6)=對卞f 2(T2=F2/(兀/4 -d22)= X 104/(兀/4X 252X10-6)=.桿1的正應(yīng)力為桿2的正應(yīng)力為5、以圓軸以 300r/min 的轉(zhuǎn)速傳遞 331kW 的功率。如t =40MPa , 0 = /m , G=80GPa) 求軸的直徑。解：由強度條件設(shè)計軸的直徑T max=T/wt=16T/ 兀 d3 (16T/tt t )1/2=16X 10536/(兀 乂 40 X 106)=(cm)由鋼度條件設(shè)計軸的直徑Dmax=T/GIpX 180/ 兀=32T/G it d4X 180/ nt ( 32T/Gtt 。X 180/兀)

14、2=32X 10536 X 180/ (80109*兀) 產(chǎn)=(cm)6、一外伸梁受均布載荷和集中力偶作用，如圖所示(見答案)，試作此梁的剪力圖和彎矩圖。解：(1)求支反力取全梁為研究對象，由平衡方程EMa=0qa2/2+Me+FRB- 2a=0Frb=qa/4Me/2a= 20X 1/4-20/2X 1 = 15 (kN) 負號表示Frb實際方向與假設(shè)方向相反，即向下。E Fy=0 ,Fra+ Frb qa=0FRA=qaFrb=20X 1 ( 15) =35 (kN)(2)作剪力圖根據(jù)外力情況，將梁分為三段，自左至右。CA段有均布載荷，剪力圖為斜直線。AD和DB段為同一條水平線(集中力偶作

15、用處剪力圖無變化)。A截面左鄰的剪力 Fsa左=-20kN,其右鄰的剪力Fsa右=15kN, C截面上剪力Fsc=0,可得剪力圖如圖(b)。由圖可見，在 A截面 左鄰橫截面上剪力得絕對值最大，|Fs| max=20kNkfe劃kN：=二工：工二(3)作彎矩圖CA段右向下的均布載荷，彎矩圖為二次拋物線；在C處截面的剪力Fsc=0,故拋物線在C截面處取極值，又因為Mc=0,故拋物線在C處應(yīng)與橫坐標軸相切。AD、DB兩段為斜直線； 在A截面處因有集中力 Fra,彎矩圖有一折角；在 D處有集中力偶，彎矩圖有突變，突變值Md 左=Me+FRBa=20 15即為該處集中力偶的力偶矩。計算出Ma=- qa2

16、/2= - 10 (kN。m)X1=5(kN - m) Md *FRBa=15X 1 = 15(kN - m), Mb=0,根據(jù)這些數(shù)值，可作出彎矩圖如圖(C).由圖可見,D截面右鄰彎矩的絕對值最大,|M| max=15(kN m)o7、鋼軸如圖所示，已知E=80GPa左端輪上受力F=20kN。若規(guī)定支座A處截面的許用轉(zhuǎn)角, 。二 ,試選定此軸的直徑。題7圖解：FA=FB=qL/2=x 2=(kN)M(x)=qLx/2 qx2/2(0x Mmax/ b=x 103/100 X 106=196(cm3)選用20a工字鋼Ib=2370cm4=x 10 6梁得許用強度為y=L/1000=4000/1

17、000=4(mm)而最大強度在在梁跨中心其值為Vmax=5qL4/384EI=5X X 103 X 44/384 X 206 X 109X X 10 6=X 10 3y此型號得工字鋼不滿足剛度條件要滿足剛度條件| V| max=5qL4384EIE=5X X 103 X 44/384 X 206X 109X IeV yIe 3964cm 4應(yīng)選用25a號工字鋼滿足鋼度條件。8、如圖所示(見答案)升-能旋轉(zhuǎn)的懸臂式吊車梁，有 BC組成。在橫梁 AB的中點D有一個集中載荷 F=25kN, 試校核橫梁AB的強度。F ABa,0I F.丘口 4(c)Eia- AD .協(xié)卜l 丁| f 1.6儂川ZVl

18、d.2SkX- m+J:/ 川 KJ .28號工字鋼做的橫梁 AB及拉桿 已知材料的許用應(yīng)力(T =100MPa,(1)受力分析+1AB梁受力圖如圖(b) (c)所示.由麻力平衡方程可求得Fr=25 (富)(9 /Rz=F-,=71,6 (kX)/ 1aBnllAWWtaFva-Fty-125 (kN) a由受力圖可以看出，梁AB上外力bv已使罌雄軸向正軸變形，而外力F； Eb區(qū)、 螟雋生彎曲變形.于是橫梁在F的作用下發(fā)生軸向壓縮與彎曲的組合變形. 口 (2)確定危險截面/作AB梁做軸力圖(d)和彎矩圖(3,可知D為危險截面，其軸力和彎矩分別為口 Trbu,rrFy=-21 C5 C0 i演小

19、尸 16,254)計算危險點處的應(yīng)力，由型綱規(guī)格表查瓦四號工字鋼的相截面面積為“乂丘加，抗彎截面系數(shù)W-1S5C1H-) 在危險截面的上邊緣各點有最大壓位力，其緲寸值為#4ul；= Fy AW=21.6X 105 3fl.flX10_1+lfi.25XlCP 1S5X 10fl=94.87(XPa)p 強度校核，仃 R=F45M?ayu 卜梁AB滿足強度條件川下面討論作為拉伸(壓縮)與彎曲組合變形形式工不對種特殊情泡一一偏心也伸(壓縮)面題.如果作用在F/直桿上的外力平行與桿的軸線但與軸線不重合時，招7 #弓I起偏心拉僻或偏心壓縮.如廠房支承吊車梁的立柱.力柱心(如圖1L川J J慢有二矩彤截面

20、直桿桿兩端作用有平行于軸線的力47 “aF (如圖W), F力作用點與橫截面形心的距離用亡表不，亡稱為偏心距.在該力的作用下,桿受到偏心捶伸.將力/ M丁F向橫截面形心洵化，得到一個使枉芒生軸向拉伸的控(2)f力F.同時得到一個使桿產(chǎn)生彎曲的、矩為的彎曲力偶l=Fh矩M(3)于是，這個問題轉(zhuǎn)化為拉佃與彎曲的組合由f| 耳形問題.其危除點的最大應(yīng)力值可用公式(白 3， a -irp)=入 AiLt： HU計用 只需將式中的乂 政為偏心力偶矩氏.49、如圖所示鉆床，若 F=15kN,材料許用拉應(yīng)力bt=35MPa,試計算圓立柱所需直徑 do解：(1)內(nèi)力計算由截面法可得力柱 m-m 橫截面上的內(nèi)力

21、為：FN=F=15kN , M=Fe=15X =6(kN m)(2)按彎曲強度條件初選直徑d若直接用式(m max, (r min) =Fn/A + Mmax/W求解直徑d,會遇到三次方程的求解問題， 使求解較為困難。一般來說，可先彎曲正應(yīng)力強度條件進行截面設(shè)計，然后帶回式進行強度校核。由(T max=M/W M/ b 有d(32M/ 兀(t)1/3=(32X6X 103/ 兀 X 35X 106嚴=x 10 3(m)取 d=121mm(3)按偏心拉伸校核強度由式(CT max, m min)=Fn/A Mmax/Wb max=FN/A+M/W=15 X 103/ (兀 /4) X 1212X

22、 10 6+6X 103/ (兀 /32) X 1213X 10 9 二(MPa)(r t最大拉應(yīng)力超過許用拉應(yīng)力，但不到5%,在工程規(guī)定的許可范圍內(nèi)，故可用。所以取圓立柱直徑d=121mm10、某球形內(nèi)薄壁容器的最大允許工作壓力Di=10m,厚度為8 n=22mm,若令焊接接頭系數(shù)。二,厚度附加量為 C=2mm,試計算該球形容器的最大允許工作壓力。已知鋼材的許用應(yīng)力 (Tt=147MPa.解：取工作壓力等于設(shè)計工作壓力P=PCS e= S n - C=22- 2=20P= 28 e (Tt()/Di=2X20X 147X 1/10X 103=(MPa)11、乙烯儲槽，內(nèi)徑 1600mm ,厚

23、度為8 n=16mm ,設(shè)計壓力 p=,工作溫度t=- 35 C, 材料為16MnR,雙面對接焊，局部探傷，厚度附加量C=，試校核強度。解：bt=170MPa取 8 e= 8 n C=16 =(j) =1b=P D/28 e j w b=x 1600/2 x x 1=138 (MPa) v 170MPa故該設(shè)備強度足夠12、某化工廠反應(yīng)釜，內(nèi)徑為 1600mm,工作溫度為 5105 C,工作壓力為，釜體材料選用0Gn8Ni10Ti。焊接采用對接焊，局部無損探傷，橢圓封頭上裝有安全閥，試設(shè)計筒體 和封頭的厚度。解：Pc=D=1600mmbt=137MPa()=對于圓筒 8 =Pc Di/2 b

24、2- Pc=X 1200/2 X 137X =c=c1 +c2=+=8 n= 8 +C=+ =圓整 n n=12mm封頭 8 =Pc- Di/2 (t2- = X 1200/2X 137-X =封頭應(yīng)與筒體同樣的厚度圓整8 n聿t= 8 n筒=12mm13、今欲設(shè)計一臺內(nèi)徑為 1200mm的圓筒形容器。工作溫度為 10 C,最高工作壓力為。 筒體采用雙面對焊接，局部探傷。端蓋為標準橢圓形封頭，采用整板沖壓成形，容器裝有安全閥，材質(zhì)為 Q235-B。已知其常溫b s=235MPa, b b=370MPa, ns=, nb=。容器為單面腐蝕， 腐蝕速度為a。設(shè)計使用年限為10年，試設(shè)計該容器筒體及

25、封頭厚度。解：材料為Q235-Bbs=235MPa(rb=370MPaC2=1mm(rt=113MPaP=PC=()=C1=鋼板的厚度8 n= PC- Di/2 bte Pc=X 1200/2X 113X二 8 n= 8 +Ci +C2=圓整 6 n=14mm封頭 8 n=Pc- Di/2bte =X 1200/2X 113X X = 封頭應(yīng)取筒體相同的直徑8 n 封=8 n 筒=14mm14、已知 V帶傳動的功率 P=,小帶輪基準直徑D1=125mm ,轉(zhuǎn)速n二1400r/min ,求傳動時帶內(nèi)的有效拉力Fe。解：Fe=1000 P/VV1=Tt D1m/60X 1000=X 125 X 1440/60 X 1000=sFe=1000X =15、已知一 V帶傳動，小帶輪基準直徑D1=140mm ,大帶輪基準直徑 D2=355mm ,小帶輪轉(zhuǎn)速n=1