化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課后習(xí)題答案(較完整版)-第二版

1-1兩球自重為G1和G2,以繩懸掛如圖1-33試畫；①小球②大球③兩球合在一起的受力圖。

FBAFAFBFAB章習(xí)題講解FAFB2021/6/2711-4棘輪裝置如圖1-36所示。通過繩子懸掛重量為G的物體，AB為棘輪的止推爪，B處為平面鉸鏈。試畫出棘輪的受力圖。X0Y0GSA′G02021/6/2721-5塔器豎起的過程如圖1-37所示。下斷擱在基礎(chǔ)上，在C處系以鋼繩并用絞盤拉住，上端在B處系以鋼繩通過定滑輪D連接到卷揚(yáng)機(jī)E。設(shè)塔重為G，試畫出塔器的受力圖。FAFBGT2021/6/2731-6化工廠中起吊反應(yīng)器時(shí)為了不致破壞欄桿，施加一水平力p，使反應(yīng)器與欄桿相離開（圖1-38）。已知此時(shí)牽引繩與鉛垂線的夾角為30℃，反應(yīng)器重量為30KN，試求水平力p的大小和繩子的拉力T。解：取反應(yīng)器為研究對象，畫受力圖如圖30°PGTXy2021/6/2741-8用三軸鉆床在水平工件上鉆孔時(shí)，每個(gè)鉆頭對工件施加一個(gè)力偶（圖1-40）。已知三個(gè)力偶的矩分別為：m1=1kN·m，m2=1.4kN·m，m3=2kN·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L=0.2m，求兩螺栓受到的橫向力。解設(shè)兩螺栓受到的橫向力為R，由合力矩原理=代入數(shù)值得R=22kN2021/6/2751-9塔器的加熱釜以側(cè)塔的形式懸掛在主塔上，側(cè)塔在A處擱在主塔的托架上，并用螺栓垂直固定；在B處頂在主塔的水平支桿上，并用水平螺栓做定位連接（圖1-41）。已知側(cè)塔G=20KN,尺寸如圖。試求支座A、B對側(cè)塔的約束反力。2XB

－G×1=0，XB=10kNXA+XB=0，XA=-10kNYA－G=0，YA=20kNAB解以側(cè)塔為研究對象，由平衡方程A、B點(diǎn)受力如圖YAXAXB2021/6/2761-10如圖1-42所示，有一管道支架ABC。A、B、C處均為理想的圓柱形鉸鏈約束。已知該支架承受的兩管道的重量均為G=4.5KN，圖中尺寸均為mm。試求管架中梁AB和桿BC所受的力。解取支架BC為研究對象畫受力圖如圖CBSCSBSB＝8.64kN-G×400-G×(400+720)+SB×(400+720)sin45°=0∑MA＝02021/6/277ABGGYAXASB′取支架AB為研究對象,畫受力圖如圖（2）∑X=0,XA+SB×cos45°=0,XA=-6.11kN∑Y=0,YA+SB′×sin45°－2G=0,YA=2.89kN2021/6/2781-13如圖1-45所示結(jié)構(gòu)，B、E、C處均為鉸接。已知P=1KN，試求的A處反力以及桿EF和桿CG所受的力。2021/6/279FAY+FBY=PFAX+FBX=0-P·2000+FBY·4000=0聯(lián)立得FAY=FBY=1/2P=1/2KNP·6000－FAY·8000－FFE·3000·sin45°=0FFE=FAY+FCY+FFEsin45°－P=0FCY=解：取AB為研究對象，受力如圖取AC為研究對象，受力如圖2021/6/2710FAX－FFEsin45°=0FAX=2021/6/27111-14求圖1-46所示桁架中各桿所受的力解：以節(jié)點(diǎn)A為研究對象，受力如圖得2021/6/2712以B節(jié)點(diǎn)為研究對象，受力如圖以C節(jié)點(diǎn)為研究對象，受力如圖同理可得′2021/6/27131-16圖1-48所示水平傳動(dòng)軸上裝有兩個(gè)皮帶輪C和D,半徑分別為r1=200mm和r2=250mm，C輪上皮帶是水平的，兩邊張力為T1=2t2=5KN，D輪上皮帶與鉛直線夾角，兩張力為T2=2t2。當(dāng)傳動(dòng)軸均勻傳動(dòng)時(shí)，試求皮帶張力T2、t2和軸承A、B的反力。2021/6/2714解：得：∵NAyNAZNByNBZ2021/6/27152021/6/27162-1試求出圖2-34所示各桿1-1，2-2，及3-3截面上的軸力，并作軸力圖。2021/6/2717解b

使用截面法，沿截面1-1將桿分成兩段，取出右段并畫出受力圖（b）用FN1表示左段對右段的作用，由平衡方程∑Fx=0，

得FN1=F（拉）同理，可以計(jì)算橫截面2-2上的軸力FN2，由截面2-2右段圖（c）的平衡方程∑Fx=0，得FN2=F（壓）

同理，可以計(jì)算橫截面3-3上的軸力FN3，由截面3-3右段圖（d）的平衡方程∑Fx=0，得FN3=02021/6/2718解b使用截面法，沿截面1-1將桿分成兩段，取出右段并畫出受力圖（b）用FN1表示左段對右段的作用，由平衡方程∑Fx=0，得FN1=F（拉）2021/6/2719同理，可以計(jì)算橫截面2-2上的軸力FN2，由截面2-2右段圖（c）的平衡方程Fx=0∑，得FN2=F（壓）同理，可以計(jì)算橫截面3-3上的軸力FN3，由截面3-3左段圖（d）的平衡方程∑Fx=0，得FN3=F（拉）2021/6/27202-2試求圖2-35所示鋼桿各段內(nèi)橫截面上的應(yīng)力和桿的總變形。鋼的彈性模量E=200GPa。解1、內(nèi)力計(jì)算

用截面法分別計(jì)算左段和右段的內(nèi)力并作桿的軸力圖（b）

得F左=4kN（拉）

F右=4kN（拉）2021/6/2721左段：

右段：

2021/6/27222021/6/27232、各段變形的計(jì)算左、右兩段的軸力為F左

F右，橫截面面積A左、A右，長度L左，L右均不相同，變力計(jì)算應(yīng)力分別進(jìn)行。3、總變形計(jì)算

2021/6/27244、計(jì)算結(jié)果表明，左段伸長5.0955x10-5m，右段伸長0.637x10-5m，全桿伸長5.73x10-5m。2021/6/27252-3

圖2-36所示三角形支架，桿AB及BC都是圓截面的。桿AB直徑d1＝20mm，桿BC直徑d2＝40mm，兩桿材料均為Q235鋼。設(shè)重物的重量G＝20kN。問此支架是否安全。2021/6/2726解選取B為研究對象

1、如圖所示，由平衡方程得

∑Fx=0

G－FBCSin30o=0

∑Fy=0

FAB－FBCCos30o=0

解得FBC=G

2021/6/2727

2、正應(yīng)力為2021/6/27282-4蒸汽機(jī)的汽缸如圖2-37所示，汽缸的內(nèi)徑D＝400mm，工作壓力P＝1.2MPa。汽缸蓋和汽缸用直徑為18mm的螺栓連接。若活塞桿材料的許用應(yīng)力為50MPa，螺栓材料的許用應(yīng)力為40MPa，試求活塞桿的直徑及螺栓的個(gè)數(shù)。2021/6/2729解：作用在活塞桿截面的工作應(yīng)力由強(qiáng)度條件有即

2021/6/2730所以即活塞桿的直徑

由強(qiáng)度條件式得

2021/6/2731整理得

螺栓應(yīng)至少為16個(gè)2021/6/27322-5

三角形支架ABC如圖2-38所示，在C點(diǎn)受到載荷F的作用。己知，桿AC由兩根10號槽鋼所組成，[σ]AC=160MPa；桿BC是20a號工字鋼所組成，[σ]BC=100MPa。試求最大許可載荷F。

2021/6/2733解選取C為研究對象

1、如圖所示，由平衡方程得∑Fx=0FACCos30o－FBCCos30o=0∑Fy=0FACSin30o－F＋FBCSin30o=0

解得FAC=FBC=F2021/6/27342、許用應(yīng)力為

桿AC的承載極限：桿BC的承載極限：由得2021/6/27352-6

圖2-39所示結(jié)構(gòu)中梁AB的變形及重量可忽略不計(jì)。桿1為鋼制圓桿，直徑d1=20mm，E1=200GPa；桿2為銅制圓桿，直徑d2=25mm，E2=100GPa。試問：(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(shí)F=30kN，求兩拉桿內(nèi)橫截面上的正應(yīng)力。2021/6/2736解有平衡方程得由FA引起的變形等于FB引起的變形即有2021/6/2737解得X=1.08m，當(dāng)F=30KN時(shí)，

正應(yīng)力正應(yīng)力2021/6/27382-7目2-40所示銷釘連接、已知F＝18kN．板厚t1＝8mm，t2＝5mm．銷釘與板的材料相同，許用切應(yīng)力[τ]＝60MPa．許用擠壓應(yīng)力[σp]＝200MPa。試設(shè)計(jì)銷釘直徑d。

2021/6/2739解

許用剪應(yīng)力得擠壓應(yīng)力

得2021/6/2740擠壓應(yīng)力

得綜上可知2021/6/27412-8如圖2-41所示，齒輪與軸用平鍵連接，已知軸直徑d=70mm，鍵的尺寸，傳遞的力偶矩；鍵材料的許用應(yīng)力，試校核鍵的強(qiáng)度。2021/6/2742解對軸心取矩，由平衡方程得：力偶2021/6/2743剪切面積為

切應(yīng)力

校核鍵的擠壓強(qiáng)度，擠壓面積

2021/6/2744擠壓應(yīng)力

2021/6/2745第三章扭轉(zhuǎn)習(xí)題解答2021/6/27463-1作出圖3-15所示各軸的扭矩圖。2021/6/27473-4一根鋼軸，直徑為20mm，如[]=100MPa,求此軸能承受的扭矩。如轉(zhuǎn)速為100r/min,求此軸能傳遞多少kW的功率。解：鋼軸抗扭截面模量根據(jù)扭轉(zhuǎn)的剛度條件代入數(shù)值得：m=157N·m根據(jù)解得：N=1.64kW2021/6/27483-5

如圖3-17所示，在一直經(jīng)為75mm的等截面圓軸上，作用者外力偶矩：m1=1kN·m,m2=0.6kN·m,m3=0.2kN·m,m4=0.2kN·m。

（1）求作軸的扭矩圖。

（2）求出每段內(nèi)的最大剪力。

（3）求出軸的總扭轉(zhuǎn)角。設(shè)材料的剪切模量G=80GPa。

（4）若m1和m2的位置互換，問在材料方面有何增減。2021/6/2749（2）（1）（3）根據(jù)MPaMPaMParadradrad2021/6/2750（4）若m1和m2的位置互換，kN·mkN·mkN·m最大剪力減少，所以用料將降低2021/6/27513-6

如圖3-18所示汽車方向盤外徑=500mm，駕駛員每只手加在方向盤上的里P=300N，方向盤軸為空心圓軸，其外徑之比，材料的許用應(yīng)力=600MPa。試求方向盤軸的內(nèi)外直徑。解：N·m由解得：mm2021/6/27524-1試列出各梁的的剪力和彎矩方程，并作剪力圖和彎矩圖，求出FSmax和Mmax(1)列剪力方程和彎矩方程(2)作剪力圖和彎矩圖2021/6/2753（1）求支反力

由平衡方程∑MA=0,（2）列剪力方程和彎矩方程（3）作剪力圖和彎矩圖2021/6/2754（1）求支反力由平衡方程∑MA=0,（2）列剪力方程和彎矩方程（3）作剪力圖和彎矩圖2021/6/2755（1）求支反力

由平衡方程∑F=0,∑MA=0（2）列剪力方程和彎矩方程（3）作剪力圖和彎矩圖2021/6/2756（1）求支反力由平衡方程∑F=0,∑MA=0（2）列剪力方程和彎矩方程2021/6/2757（3）作剪力圖和彎矩圖當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)2021/6/2758（1）求支反力

由平衡方程∑F=0,∑MA=0（3）作剪力圖和彎矩圖（2）列剪力方程和彎矩方程2021/6/2759（1）求支反力

由平衡方程∑F=0,∑MC=0（2）列剪力方程和彎矩方程2021/6/2760（1）求支座反力查表4-2，32a工字鋼的抗彎截面系數(shù)WZ=692×10-6m3(2)列彎矩方程，求Mmax4-2滿足要求2021/6/27614-3（1）求支座底部彎矩M環(huán)形截面的抗彎截面系數(shù)W2021/6/27624-5（1）當(dāng)P作用在AB梁的中點(diǎn)時(shí)

FA=FB=0.5FFC=FD=0.5F(2)當(dāng)P作用在AB梁的中點(diǎn)時(shí)

2021/6/2763從而有解得2021/6/27644-7（1）彎矩方程（2）代入撓曲線近似微分方程并積分2021/6/2765(3)確定積分常數(shù)，邊界條件為C=0,D=0當(dāng)x=0.075時(shí)，撓度最大或查表4-3有2021/6/27664-8(2)求工字鋼的慣性矩IZ查表4-3（1）求工字鋼的抗彎截面系數(shù)查表4-2可知，同時(shí)滿足以上兩個(gè)條件的工字鋼型號為25a，其抗彎截面系數(shù)為2021/6/276725a工字鋼的理論重量為38.105kg/m,考慮自重時(shí)，

作用在AB梁上的均布載荷為校核應(yīng)力和撓度2021/6/27684-9由∑MA=0，解得FA=30kN,FB=-10kN2021/6/2769代入邊界條件：由連續(xù)性方程可知，在x=1處的轉(zhuǎn)角聯(lián)立求解得：在x=1處，所允許的最大轉(zhuǎn)角為：2021/6/2770求解得D≥111.69mm≈112mm2021/6/2771725-1、求以下單元體m-m斜截面上的正應(yīng)力和切應(yīng)力。代入公式解得：2021/6/2772代入公式解得：2021/6/2773代入公式解得：2021/6/27745-2、求以下單元體內(nèi)主應(yīng)力的大小及方向，并在它們中間繪出僅受主應(yīng)力作用的單元體。代入公式解得：2021/6/2775代入公式解得：2021/6/2776代入公式解得：2021/6/27775-3受扭圓軸的應(yīng)力狀態(tài)為純剪切，其剪切力為：因此有：代入公式求出主應(yīng)力2021/6/2778由主應(yīng)變和主應(yīng)力的關(guān)系式有解得：代入已知條件：2021/6/27795-4建立x-y坐標(biāo)軸，如圖所示將力F分解作軸力圖和彎矩圖由FCx引起的壓應(yīng)力為2021/6/2780由FCy引起的拉、壓應(yīng)力為：故最大壓應(yīng)力為：最大的拉應(yīng)力為：2021/6/27815-5、已知條件a=60mm，d=50mm，2021/6/27825-8、解：由My=0，Mz=0,M1+M2=M3求得2021/6/2783作出各個(gè)彎矩圖并判斷危險(xiǎn)截面1、2、B點(diǎn)處的合力矩為：由合力矩可知：B點(diǎn)最危險(xiǎn)2021/6/2784圓軸的抗彎截面系數(shù)為：代入B點(diǎn)處的數(shù)值根據(jù)第三強(qiáng)度理論有：根據(jù)第四強(qiáng)度理論有：故滿足強(qiáng)度要求2021/6/2785第八章習(xí)題解答參考注：請認(rèn)真區(qū)別教材題目和幻燈片的題目的區(qū)別2021/6/27868-3試用圖8-23(a)、(b)中所注尺寸符號寫出各回轉(zhuǎn)殼體中A和A＇點(diǎn)的第一曲率半徑和第二曲率半徑以及平行圓半徑。（a）A點(diǎn)：

（a）A＇點(diǎn)：

2021/6/2787（b）A點(diǎn)：

（b）A＇點(diǎn)：

2021/6/2788

8-4計(jì)算圖8-24所示各種承受均勻內(nèi)壓作用的薄壁回轉(zhuǎn)殼體上各點(diǎn)的和(1)球殼上任一點(diǎn)。已知：P＝2MPa，D＝1000mm，δ＝20mm。2021/6/2789(2)圓錐殼上A點(diǎn)和B點(diǎn)。已知：P＝0.5MPa，D＝1000mm，δ＝10mm，=30o。A點(diǎn)：B點(diǎn)：2021/6/2790（3）橢球殼上A、B、C點(diǎn)。已知：P＝1MP