化工設備第一章

1、化工設備機械基礎化工設備機械基礎主講主講: : 張曉紅張曉紅 緒緒 論論 化工設備機械基礎化工設備機械基礎它是綜合多門學科、理論與它是綜合多門學科、理論與實用并重的機械類專業(yè)基礎課。實用并重的機械類專業(yè)基礎課。主要內(nèi)容：桿件、板殼力學的基礎理論主要內(nèi)容：桿件、板殼力學的基礎理論 金屬材料的基本知識金屬材料的基本知識 中低壓壓力容器與幾種典型化工設備的設計計算中低壓壓力容器與幾種典型化工設備的設計計算第一部分第一部分 力學基礎力學基礎l 零部件受力分析零部件受力分析l 拉伸與壓縮拉伸與壓縮l 平面彎曲平面彎曲l 剪切與扭轉(zhuǎn)剪切與扭轉(zhuǎn)l 復雜應力情況下的強度計算復雜應力情況下的強度計算l 壓桿的穩(wěn)

2、定性壓桿的穩(wěn)定性l 化工設備材料化工設備材料第二部分第二部分 傳動零件及減速機傳動零件及減速機l V帶傳動帶傳動l 齒輪傳動齒輪傳動l 蝸桿傳動蝸桿傳動l 軸與聯(lián)軸器軸與聯(lián)軸器l 軸承軸承l(wèi) 輪系與減速機輪系與減速機第三部分第三部分 常壓與低壓容器常壓與低壓容器l 內(nèi)壓容器內(nèi)壓容器l 外壓容器外壓容器l 化工設備通用零部件化工設備通用零部件l 塔設備機械設計塔設備機械設計l 反應釜的機械設計反應釜的機械設計第一章第一章 零部件受力分析零部件受力分析靜力學靜力學: 研究物體在力的作用下處于研究物體在力的作用下處于平衡平衡的規(guī)律的規(guī)律 1、二力平衡原理、二力平衡原理 作用于剛體上的兩個力平衡的必要

3、充分條件是作用于剛體上的兩個力平衡的必要充分條件是- 等值、反向、等值、反向、 共線共線。1、力的基本概念、力的基本概念. 力力: : 定義定義: :力的三要素力的三要素: : 大小大小, ,方向方向, ,作用點作用點 力是矢量，可以用帶箭頭的線段來表力是矢量，可以用帶箭頭的線段來表示。書寫時用黑體字母示。書寫時用黑體字母F F、P P等表示等表示2、靜力學公理、靜力學公理 靜力學公理以靜力學公理以Newton力學的基本定律為基礎力學的基本定律為基礎NG基基 本本 概概 念念重要名詞重要名詞: 二力桿二力桿(二力體，二力構(gòu)件二力體，二力構(gòu)件): 僅在兩點受力而處于僅在兩點受力而處于平衡平衡的物

4、體或構(gòu)件的物體或構(gòu)件用途用途: 已知兩力的作用，確定其作用線。已知兩力的作用，確定其作用線。3. 加減平衡力系公理加減平衡力系公理: 在作用于剛體的任何一個力系上，加上或減去一對平衡在作用于剛體的任何一個力系上，加上或減去一對平衡力系，則不改變原力系對剛體的作用效果。力系，則不改變原力系對剛體的作用效果。 推論推論: 力的可傳性原理力的可傳性原理: 作用于剛體上的力，可以沿其作用線滑移，而不改變對作用于剛體上的力，可以沿其作用線滑移，而不改變對 剛體的作用效果剛體的作用效果。AFF1F2F1=F2=FBBAF24. 力的平行四邊形法則力的平行四邊形法則: 作用于同一點的兩個力可以合成為一個合力

5、，合力的大小和方作用于同一點的兩個力可以合成為一個合力，合力的大小和方向是以這兩個力為鄰邊的平行四邊形的對角線矢量向是以這兩個力為鄰邊的平行四邊形的對角線矢量,其作用點不變其作用點不變.也即也即: 合力等于兩分力的矢量和。合力等于兩分力的矢量和。F F1F F 2R R21FFR合力必大于分力，分力必小于合力？合力必大于分力，分力必小于合力？推論：推論：三力平衡匯交定理三力平衡匯交定理若剛體的若剛體的A、B、C三點分別作用有力三點分別作用有力F1、F2、F3且使剛體處且使剛體處于平衡，那么這三個力若不彼此平行，則必定匯交于一點。于平衡，那么這三個力若不彼此平行，則必定匯交于一點。5. 作用與反

6、作用力定律作用與反作用力定律: 任何兩物體間的相互作用力總是成對出現(xiàn)，并任何兩物體間的相互作用力總是成對出現(xiàn)，并且等值，反向，共線且等值，反向，共線, 分別同時作用在兩個物體上分別同時作用在兩個物體上, 即即 Newton 第三定律。第三定律。6. 剛化原理剛化原理: 若變形體在某一力系作用下處于平衡，則可將其視為剛?cè)糇冃误w在某一力系作用下處于平衡，則可將其視為剛 體，而應用剛體的平衡理論。體，而應用剛體的平衡理論。 柔性體約束柔性體約束只能承受拉力只能承受拉力，所以它們的約束反力是，所以它們的約束反力是作用作用在接觸點在接觸點，方向，方向沿柔性體軸線，背離被約束物體。是離點而沿柔性體軸線，背

7、離被約束物體。是離點而去的力。去的力。1.由柔軟的繩索、鏈條或皮帶構(gòu)成的柔性體約束由柔軟的繩索、鏈條或皮帶構(gòu)成的柔性體約束PPTS1S1S2S2 一、常見約束類型及其反力一、常見約束類型及其反力:P3實例實例P7約束反力的指向總是和物體企圖運動的方向相反？約束反力的指向總是和物體企圖運動的方向相反？ 約束反力約束反力作用在接觸點處作用在接觸點處，方向，方向沿公法線沿公法線，指向受力指向受力物體是向點而來的力。物體是向點而來的力。2.光滑接觸面的約束光滑接觸面的約束 ( (光滑指摩擦不計光滑指摩擦不計) )PNNPNANBP33.光滑圓柱鉸鏈約束光滑圓柱鉸鏈約束圓柱鉸鏈圓柱鉸鏈AAANAXNAY

8、A固定鉸支座固定鉸支座P4固定鉸支座的幾種表示固定鉸支座的幾種表示: 鏈桿約束鏈桿約束RA滾動鉸支座（輥軸支座）的幾種表示滾動鉸支座（輥軸支座）的幾種表示:P4實例實例P.18RMA NAy4. 固定端約束固定端約束MA NAx簡圖簡圖：固定端約束反力有三個分量：固定端約束反力有三個分量：兩個正交分力，一個兩個正交分力，一個反力偶反力偶P5實例實例P1實例實例P24二、受力圖二、受力圖1、取研究對象（隔離體）、取研究對象（隔離體）將所要研究的物體從周圍物體中單將所要研究的物體從周圍物體中單獨拿出來，獨拿出來，2、在其上畫出所有的主動力和所有的約束反力。、在其上畫出所有的主動力和所有的約束反力。

9、例：分別畫出圓及桿分別畫出圓及桿AB的受力圖。的受力圖。ACB600P解：PN1N2ABYAXASBCN2 畫約束反力時，一定要按照約束的固有畫約束反力時，一定要按照約束的固有性質(zhì)畫圖，切不可主觀臆斷性質(zhì)畫圖，切不可主觀臆斷！三、平面匯交力系的合成和平衡條件三、平面匯交力系的合成和平衡條件Fn F3 F2 F1 R O O F1 F2 F3 Fn 、合成的幾何法、合成的幾何法.平衡的幾何條件平衡的幾何條件R O F1 F2 F3 Fn R O F1 F2 F3 Fn 合力 R=Fi合力 R 為力多邊形為力多邊形的封閉邊的封閉邊匯交力系平衡的幾何條件匯交力系平衡的幾何條件: : 力多邊形自行封閉

10、力多邊形自行封閉、合成與平衡的解析法、合成與平衡的解析法F xba Fx =FcosyFy= Fsin22yxFFF2）.力的分解力的分解 一個力在沒有限制的情況下一個力在沒有限制的情況下,可以分解為無可以分解為無數(shù)組力。只有在正交坐標系下，分力的大小才等于投影。數(shù)組力。只有在正交坐標系下，分力的大小才等于投影。F1）.力在軸上的投影力在軸上的投影P 8O Fn F3 F2 F1 R O F1 F2 F3 Fn yx結(jié)論結(jié)論:YFRXFRyyxx3）. 合力投影定理合力投影定理P 8-94）合成的解析法）合成的解析法 yyxxFRFR2222)()(yxyxFFRRRxyFFarctg5).平

11、面匯交力系的平衡方程及其應用平面匯交力系的平衡方程及其應用 00yxFF上式即為平面匯交力系的平衡方程上式即為平面匯交力系的平衡方程平面匯交力系平衡平面匯交力系平衡 R = 0P 9例:圖示重物重為圖示重物重為Q=30kN,由繩索由繩索AB、AC懸掛，求懸掛，求AB、AC的約束反的約束反力。力。1) 取研究對象取研究對象 -力系的匯交點力系的匯交點AA.QTC 3)建立坐標系建立坐標系yx4)列出對應的平衡方程列出對應的平衡方程00yxFFTB 600CBAQ300030sin60sin00CBTT5)解方程解方程解：2）作受力圖）作受力圖030cos60cos00QTTCB四、平面力偶系的合

12、成和平衡條件四、平面力偶系的合成和平衡條件）、力對點的矩）、力對點的矩(力矩力矩).OFdmo( (F)=Fd合力矩定理合力矩定理:結(jié)論結(jié)論:)()(FRoomm矩心矩心力臂力臂逆正逆正順負順負+O、平面力偶系、平面力偶系 1）力偶的性質(zhì)）力偶的性質(zhì) 力偶無合力力偶無合力力偶對任一點的矩完全取決于力偶矩力偶對任一點的矩完全取決于力偶矩 m =m =FdFd .dxFdxdFxFmmoo)()()(FFF F 三要素三要素: 大小、轉(zhuǎn)向、作用平面大小、轉(zhuǎn)向、作用平面只要保持力偶矩不變，力偶可以在作用平只要保持力偶矩不變，力偶可以在作用平面內(nèi)任意轉(zhuǎn)移；面內(nèi)任意轉(zhuǎn)移； 只要保持力偶矩不變，可以只要保

13、持力偶矩不變，可以調(diào)整力偶中力和力臂的大小，而不改變力偶調(diào)整力偶中力和力臂的大小，而不改變力偶對物體的作用效果對物體的作用效果。 力偶：力偶： 等值、反向、不共線的兩個平行力等值、反向、不共線的兩個平行力 （F F，F(xiàn)F）逆正逆正順負順負+力偶臂力偶臂P 122.平面力偶系的合成與平衡條件平面力偶系的合成與平衡條件F1 F1 F2 F2 F3 F3 F1 F1 F2 F2 F3 F3 P 13F1 F1 F2 F2 F3 F3 RR結(jié)論結(jié)論: 平面力偶系可以合成平面力偶系可以合成, 合成的結(jié)果為一合力偶合成的結(jié)果為一合力偶, 合力偶的力偶合力偶的力偶矩等于各個分力偶的力偶矩的代數(shù)和。矩等于各個

14、分力偶的力偶矩的代數(shù)和。 M=m 平面力偶系的平衡方程：平面力偶系的平衡方程： m =0P 14例：一工件上需鉆三個孔，鉆頭力偶矩分別為一工件上需鉆三個孔，鉆頭力偶矩分別為m1=100kNm，m2=200kNm， m3=300kNm。求夾具對工件的約束反力。求夾具對工件的約束反力。Lm1 m3 m2 BALm1 m3 m2 ABNA NB 解：研究工件，受力如右圖所示。主動力系為一力偶系，根據(jù)力偶研究工件，受力如右圖所示。主動力系為一力偶系，根據(jù)力偶的性質(zhì)，反力也必為一反力偶，由力偶系的平衡方程的性質(zhì)，反力也必為一反力偶，由力偶系的平衡方程 m =0 有有 m1+ m2+ m3-N 解得解得L

15、mmmNA321五、五、 平面一般力系的簡化與平衡平面一般力系的簡化與平衡Fn F3 F2 F1 P 15O.FA.、力線平移定理、力線平移定理O.F=F= FFFFM 結(jié)論結(jié)論: 力的作用線可以平行移動，移動后必須附加一個力力的作用線可以平行移動，移動后必須附加一個力偶，附加力偶的力偶矩等于原來的力對所移動點的力矩。偶，附加力偶的力偶矩等于原來的力對所移動點的力矩。 M=mo（F）P 15、平面一般力系的簡化、平面一般力系的簡化F3 F2 F1 Fn Fn F1 Omn .m3 m1 F2 F3 m2 O簡化中心簡化中心O.MOR RR主矢主矢 R=Fi i 與簡化中心無關(guān)與簡化中心無關(guān) M

16、O主矩主矩 MO = =mo(Fi) 與簡化與簡化 中心有關(guān)中心有關(guān)P 15討論討論 :主矢主矢 R R=F Fi i 其大小其大小O.RR主矢主矢 R=Fi i 與簡化中心無關(guān)與簡化中心無關(guān) MO主矩主矩 MO = =mo(F Fi) 與簡化與簡化 中心有關(guān)中心有關(guān)yyxxFRFR2222)()(yxyxFFRRRxyFFarctgyxMOP 161 .平衡方程的基本形式平衡方程的基本形式平面一般力系平面一般力系 平平 衡衡 R R0, MO = 0 3、平面一般力系的平衡方程及其應用、平面一般力系的平衡方程及其應用平面一般力系的平衡方程平面一般力系的平衡方程:000oyxmFFP 16TN

17、B G平面一般力系的平衡方程:000oyxmFF例:求A、B兩處的約束反力及繩子的拉力解:.取研究對象取研究對象小車小車.做受力圖做受力圖.建立適當?shù)淖鴺溯S建立適當?shù)淖鴺溯S. 判斷力系類型，列出對應的平衡方程判斷力系類型，列出對應的平衡方程.解方程解方程NA xy0sinGT0cos GNNBA0aNbNABCGBATCabh平面一般力系平面一般力系）.平衡方程的其它形式基本形式 一矩式000oyxmFF二矩式 ABx軸000BAmmX000CBAmmm三矩式 A、B、C不共線注意：不論采用哪注意：不論采用哪種形式的平衡方程，種形式的平衡方程，其獨立的平衡方程其獨立的平衡方程的個數(shù)只有三個，的個數(shù)只有三個，對一個物體來講對一個物體來講,只只能解三個未知量能解三個未知量,不不得多列！得多列！六、平面平行力系的平衡方程六、平面平行力系的平衡方程yoxFi iy 軸軸000oyxmFF0=000oymF平面平行力系的平衡方程為平面平行力系的平衡方程為或或 AB Fi i00B