化工基礎(chǔ)第一章

化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2007.31）合理設(shè)備可以簡(jiǎn)化流程，降低成本;2）設(shè)備的結(jié)構(gòu)和材質(zhì);3）具備基本工程力學(xué)知識(shí)，了解化工設(shè)備常用材料特性，掌握化工設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算，及典型機(jī)械傳動(dòng)。概述化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)

一、目的與意義概述二、主要內(nèi)容：第一篇工程力學(xué)基礎(chǔ)16學(xué)時(shí)第二篇

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)14學(xué)時(shí)第三篇化工設(shè)備設(shè)計(jì)18學(xué)時(shí)化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)

三、參考書目1、《理論力學(xué)》上冊(cè)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室，高等教育出版社2、《材料力學(xué)》上冊(cè)，劉鴻文主編，高等教育出版社3、《工程力學(xué)》，朱熙然主編，上海交通大學(xué)出版社4、《金屬材料及熱處理》，史美堂主編，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社5、《金屬工業(yè)學(xué)》上冊(cè)，范全福主編，高等教育出版社6、《過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)》，黃振任主編，化學(xué)工業(yè)出版社化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)

概述第一章零部件受力分析化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)1.1受力分析概述1.2約束、約束反力與受力圖1.3平面匯交力系的合成和平衡條件本章主要內(nèi)容1.4平面力偶系的合成和平衡條件1.5平面一般力系的合成和平衡條件化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第一章

零部件受力分析1.1受力分析概述什么是受力分析？

為什么要進(jìn)行受力分析？學(xué)習(xí)受力分析時(shí)應(yīng)著重討論：（1）物體平衡的概念和靜力平衡的基本規(guī)律。（2）如何運(yùn)用靜力平衡的規(guī)律。由已知力求出未知力。學(xué)習(xí)內(nèi)容化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第一章

零部件受力分析1.1受力分析概述以圖示塔備為例說(shuō)明有哪些外力？重力W風(fēng)力q基礎(chǔ)對(duì)塔底的反作用力Ny基礎(chǔ)螺栓對(duì)塔的橫向阻力Nx和力矩化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第一章

零部件受力分析1.1受力分析概述（1）受風(fēng)力q和Ny力作用的塔底座圈應(yīng)選用多大的直徑。（2）受力矩M作用的基礎(chǔ)螺栓要選用多大的直徑。（3）由已知的設(shè)計(jì)壓力p，風(fēng)力q和塔設(shè)備的重量W，確定塔體的厚度。受力情況清楚了，就可根據(jù)強(qiáng)度條件計(jì)算出：化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第一章

零部件受力分析1.2約束、約束反力與受力圖約束:工程上把對(duì)于某一構(gòu)件的活動(dòng)起著限制作用的其他物體叫做約束。

約束反力:約束所以能限制構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)是由于約束有力作用在被約束的構(gòu)件上，這種作用力，稱為約束反力，簡(jiǎn)稱反力。主動(dòng)力：工程上把能使物體發(fā)生運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力叫做主動(dòng)力。

化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第一章

零部件受力分析1.2約束、約束反力與受力圖化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第一章

零部件受力分析1.2約束、約束反力與受力圖幾種常見的約束形式和確定約束反力的方法：A柔性物體約束化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第一章

零部件受力分析1.2約束、約束反力與受力圖幾種常見的約束形式和確定約束反力的方法：B光滑面約束化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第一章

零部件受力分析1.2約束、約束反力與受力圖幾種常見的約束形式和確定約束反力的方法：C固定鉸鏈約束化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第一章

零部件受力分析1.2約束、約束反力與受力圖D輥軸支座約束幾種常見的約束形式和確定約束反力的方法：化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第一章

零部件受力分析1.2約束、約束反力與受力圖幾種常見的約束形式和確定約束反力的方法：E固定端約束化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第一章

零部件受力分析例1：當(dāng)用手去打開圖1-10所示人孔蓋時(shí)，設(shè)手中所用力為F，并與鉛垂線成30度角，蓋子重量為W,試畫人孔蓋的受力圖。1.2約束、約束反力與受力圖化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第一章

零部件受力分析例2:1.2約束、約束反力與受力圖化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第一章

零部件受力分析下面將受力圖的畫法和注意事項(xiàng)概述如下：

(1)首先將要研究的對(duì)象物體取作分離體，解除約束，與其他物體分離開來(lái)；

(2)先畫作用在分離體上的主動(dòng)力，再在解除約束的地方畫約束反力；

(3)畫約束反力時(shí)要充分考慮約束的性質(zhì)，如固定鉸鏈約束，一般可畫一對(duì)位于約束平面內(nèi)互相垂直的約束反力，但若屬于二力構(gòu)件（例2中的CD桿），則應(yīng)按二力構(gòu)件特點(diǎn)畫約束反力；

(4)在畫物系中各物體的受力圖時(shí)，要利用相鄰物體間作用力與反作用力之間的關(guān)系，當(dāng)作用力與反作用力方向其中的一個(gè)巳確定(或假定)時(shí)，另一個(gè)力的方向也隨之而定；

(5)柔性約束對(duì)物體的約束反力只能是拉力，不能是壓力1.2約束、約束反力與受力圖化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第一章

零部件受力分析1.3平面匯交力系的合成和平衡條件力系:

作用于物體的一群力稱為力系。平面匯交力系：如果作用在物體上諸力的作用線位于同一平面內(nèi)，且匯交于一點(diǎn)，則這種力系稱為平面匯交力系?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第一章

零部件受力分析1.3平面匯交力系的合成和平衡條件1平面匯交力系的合成A力在坐標(biāo)軸上的投影從物理學(xué)我們知道：作用在物體的某一點(diǎn)上的二個(gè)力，其合力也作用于同一點(diǎn)，其大小與方向可以用此兩力為鄰邊的平行四邊形的對(duì)角線來(lái)表示(圖1-13)。用式子表示即為

R=F1+F2

式中的“十”號(hào)已不是代數(shù)中相加的符號(hào)，而是表示用平行?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第一章

零部件受力分析1.3平面匯交力系的合成和平衡條件1平面匯交力系的合成化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第一章

零部件受力分析1.3平面匯交力系的合成和平衡條件1平面匯交力系的合成B合力投影定理設(shè)物體上作用著匯交的兩個(gè)力F1、F2，它們的合力為R，現(xiàn)在要尋求力F1、F2與合力R在投影方面的關(guān)系。設(shè)AB和AC分別表示力F1和F2

(圖1-16)。根據(jù)投影定義，得AD表示F1和F2的合力R，它在坐標(biāo)軸上的投影為Rx=ad，Ry=a’d’．

AC//BD，AB//CD'AC=BD，AB=CD．化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第一章

零部件受力分析1.3平面匯交力系的合成和平衡條件分力方向示意圖1平面匯交力系的合成B合力投影定理化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第一章

零部件受力分析1.3平面匯交力系的合成和平衡條件合力R1平面匯交力系的合成故顯然合力作用線與X軸的夾角θ表示化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第一章

零部件受力分析1.3平面匯交力系的合成和平衡條件２平面匯交力系的平衡條件則：若作用于物體上的力系的合力為零，則該力系將不引起物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變，也即該力系是平衡力系。平面匯交力系保持平衡的必要條件是：化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第一章

零部件受力分析1.3平面匯交力系的合成和平衡條件２平面匯交力系的平衡條件例1-3圓筒形容器重量為G，置于托輪A、B上，如圖所示，試求托輪對(duì)容器的約束反力?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第一章

零部件受力分析1.3平面匯交力系的合成和平衡條件２平面匯交力系的平衡條件例1－4某化工廠起重用的吊架，由AB和BC兩桿組成，A、B、C三處均為鉸鏈連接。在B處的銷釘上裝有一個(gè)小滑輪，它的重量和尺寸都可略去不計(jì)，吊索的一端經(jīng)滑輪與盛有物料的鐵筒相連，設(shè)筒和物料重W＝1.5KN。吊索的另一端繞在卷?yè)P(yáng)機(jī)絞盤D上。當(dāng)卷?yè)P(yáng)機(jī)開動(dòng)時(shí)，鐵筒即等速上升。略去桿重，求AB和BC桿所受之力。化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第一章

零部件受力分析1.3平面匯交力系的合成和平衡條件通過(guò)上述兩個(gè)例子，我們可以把平面匯交力系平衡問(wèn)題的解題方法概述如下：(1)根據(jù)題意，取適當(dāng)?shù)奈矬w為分離體，進(jìn)行受力分析，畫出受力圖。若約束反力的指向不能預(yù)先判明時(shí)，可以進(jìn)行假定。(2)在力系的匯交點(diǎn)，選取適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系。選取坐標(biāo)系時(shí)應(yīng)盡量使力的投影計(jì)算簡(jiǎn)便。一般應(yīng)使坐標(biāo)軸與較多的力平行或垂直。(3)根據(jù)平衡條件∑FX＝0，∑Fy＝0，列出平衡方程式，從而解出所求的未知量。２平面匯交力系的平衡條件化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第一章

零部件受力分析1.４平面力偶系的合成和平衡條件１力偶力偶：一對(duì)大小相等、方向相反、不共作用線的平行力稱為力偶，通常用(F、F’)表示。力偶對(duì)物體的作用是引起物體的轉(zhuǎn)動(dòng)。主動(dòng)力偶：凡能主動(dòng)引起物體轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)改變或有轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)改變趨勢(shì)的力偶稱為主動(dòng)力偶。力偶的兩個(gè)力，雖然大小相等、方向相反，但不共作用線，所以不滿足二力平衡條件，它們不成為平衡力系．化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第一章

零部件受力分析1.４平面力偶系的合成和平衡條件2力偶矩力偶使物體轉(zhuǎn)動(dòng)的效應(yīng)是以力的數(shù)值F與力偶臂d的乘積來(lái)量度，這個(gè)乘積稱為力偶矩，用符號(hào)M表示，即力偶矩的單位是N?m。上式右邊的正負(fù)號(hào)表示力偶的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，規(guī)定凡產(chǎn)生逆時(shí)針轉(zhuǎn)向的力偶矩為正，順時(shí)針轉(zhuǎn)向?yàn)樨?fù)?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第一章

零部件受力分析1.４平面力偶系的合成和平衡條件2力偶矩力偶矩實(shí)質(zhì)上是力偶中兩個(gè)力對(duì)平面上任意點(diǎn)的力矩的代數(shù)和?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第一章

零部件受力分析力偶對(duì)其作用平面內(nèi)任意一點(diǎn)的矩，與該點(diǎn)(矩心)的位置無(wú)關(guān)，始終是一個(gè)常量：等于力偶中一力的大小，與兩力間距離的乘積，這說(shuō)明力偶使物體繞其作用乎面內(nèi)任意一點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的效應(yīng)是相同的。由此可見，只要保持力偶矩的大小和力偶的轉(zhuǎn)向不變，力偶的位置可在其作用面內(nèi)任意移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，還可同時(shí)任意改變力的大小和臂的長(zhǎng)短，而不會(huì)影響該力偶對(duì)物體的效應(yīng)。如果兩個(gè)力偶矩的值和轉(zhuǎn)動(dòng)方向完全相同(力的大小和方向以及力臂可不一樣)，則這樣兩個(gè)力偶稱為等效力偶或互等力偶。1.４平面力偶系的合成和平衡條件2力偶矩化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第一章

零部件受力分析1.４平面力偶系的合成和平衡條件3合成和平衡條件化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第一章

零部件受力分析1.４平面力偶系的合成和平衡條件3合成和平衡條件若一平面力偶系有更多的力偶，則可用同法合成，得

M＝M1十M2十…＋Mn＝∑

Mi

上式指出，平面力偶系的各力偶可以合成一個(gè)合力偶，合力偶之矩等于各力偶之矩的代數(shù)和。平面力偶系的平衡條件是:∑Mi＝M1十M2十…十Mn＝0．由上式還可以看出，力偶只能由反向的力偶平衡?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第一章

零部件受力分析1.5平面一般力系的合成和平衡條件平面一般力系：在工程實(shí)際中，物體所受平面力系的作用，往往既不是匯交力系，也不是力偶系，而是作用線在同一平面上，但不匯交于一點(diǎn)，又不全部互相平行的任意力系，稱為平面一般力系。有些問(wèn)題雖不屬于平面一般力系，但經(jīng)適當(dāng)簡(jiǎn)化，仍可歸結(jié)為平面一般力系。推導(dǎo)平面一般力系平衡方程的基本方法，仍然是先把這個(gè)力系進(jìn)行合成。在一般情況下，可合成為一個(gè)合力和一個(gè)合力偶;再?gòu)暮狭?、合力偶的平衡條件導(dǎo)出平面一般力系的平衡條件或平衡方程。但由于平面一般力系比較復(fù)雜，因此在合成時(shí)必須引入新的簡(jiǎn)化方法——力線的平移原理。根據(jù)這個(gè)原理，平面一般力系能轉(zhuǎn)換成一個(gè)平面匯交力系和一個(gè)平面力偶系?；ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第一章

零部件受力分析1.5平面一般力系的合成和平衡條件1力線的平移原理化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第一章

零部件受力分析1.5平面一般力系的合成和平衡條件1力線的平移原理力線的平移原理：作用在物體上一力的作用線，可以平行移動(dòng)到物體上的任意一點(diǎn)，但必須同時(shí)加上相應(yīng)的附加力偶，附加力偶的矩等于原力對(duì)新作用點(diǎn)的矩，其轉(zhuǎn)動(dòng)方向決定于原力繞新作用點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)方向。化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第一章

零部件受力分析1.5平面一般力系的合成和平衡條件2平面一般力系向已知點(diǎn)簡(jiǎn)化根據(jù)力線的平移原理，將平面一般力系的各力平移到作用面內(nèi)任一點(diǎn)C，從而將原力系化為一個(gè)平面匯交力系和一個(gè)平面力偶系。這種做法，稱為平面一般力系向作用面內(nèi)任一點(diǎn)C的簡(jiǎn)化，點(diǎn)C稱為簡(jiǎn)化中心。平面一般力系與一個(gè)平面匯交力系和一個(gè)平面附加力偶系等效。平面一般力系平匯力系+平面力偶系主矢：主矩：平移定理合成1.5平面一般力系的合成和平衡條件2平面一般力系向已知點(diǎn)簡(jiǎn)化化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第一章

零部件受力分析化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)第一章

零部件受力分析1.5平面一般力系的合成和平衡條件3平面一般力系的平衡條件由這組平面一般力系的平衡方程，可以解出平衡的平面一般力系中的三個(gè)未知量。求解時(shí),一般可按下列步驟進(jìn)行：(1)確立研究對(duì)象，取分離體，作出受力圖。(2)建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系，列