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稱為一剪切-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伸出支座之外

2、。13、懸臂梁是梁的一端固定，另一端 自由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 第四一強度理論。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)力為b e=

3、PD/2 B26、球形殼體的環(huán)向應(yīng)力為b e=PD/4 827、Sd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= _ +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為半徑的過度弧一高度為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，其受力情況較差。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中間封頭。34、剛性圓筒，由于它的厚徑比8 e/Do較大，而長徑比L/Do _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 是也_的剛性，通常采用扁鋼、角鋼、工字鋼或其它型鋼組成。36

4、、臥式容器的支座有鞍座圈座和支腿三種。37、立式容器有耳式支座、 支承式支座_腿式支座和裙式支座四種。38、法蘭按其整體性程度可分為松式法蘭、 整體.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 粘合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、材料

5、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

6、高勞動生產(chǎn)率。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：（

7、1）液壓試驗（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

8、以緩和沖擊和吸收振動(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

9、，出現(xiàn)表面塑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：Mi=1kN m； 工件成光滑面接觸，兩螺栓的距離I 1 1斛aF.6 O 比仲題1圖M2=1.4kN m； M3=1kN m ,固定工件的兩螺栓 A和B l=0.2m ,求兩螺栓受到的橫向力。:據(jù) M= 土FdM=M 1+M 2+M 3=1+1.4+2=4.4kNmF=M/d=4.4/0.2=22kN答：兩螺栓受到的橫向力為22kN2、如圖所示，有道支架ABC。A、

10、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=4.5kN ,圖中尺寸均為 mm 。試求管架中梁 AB和BC所受的力。解：梁AB的受力圖FniFn2 IEFx=0Fx+F bCOs45 =0EFy=0Fy i-Fni-Fn2 + Fbcos45 =0EM a=0FyiX0 Fni X0.4FN2X1.12 +Fbcos45 ° 1.12=0，F(xiàn)B=9.67kNFx=6.84Fy=2.16Fc=F b=F b=9.673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8 x h xl=20mmX12mm X100mm，傳遞的扭轉(zhuǎn)的扭轉(zhuǎn)力偶矩M

11、=2kN m ,鍵的許用切應(yīng)力=60MPa ,op=100MPa ，試校核鍵的強度。IJ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，由平衡方程匯 M 0=0 ,得Fs (d/2)=M,Fs=2M/d=57.14(kN)剪切面面積為 A= Sl=20 X100=2000mm2,有t=Fs/A=57.14 X10 3/2000 X10 6=28.6(MPa) < t可見平鍵滿足剪切強度條件。其次校核鍵的擠壓強度。考慮鍵在n-n截面以上部分的平衡(圖c),則擠壓力F=Fs=57.14kN ,擠壓面面積 AP=hl/2 ,有(yp

12、=F/A p=57.14 X10 3/6 X100 X10 6=95.3(MPa) V 印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,E 1=200;桿 2 為銅制圓桿，直徑 d2=25mm,E 2=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F=30kN ,求兩拉桿內(nèi)橫截面上的 正應(yīng)力。2m*J桿1的拉力Fi桿2的拉力F2Fi=Ei /4 d2=200GPa X N4 X (20) 2=6.28 X10 7NF2=E2 /4 d2=100GPa X N4 X (25) 2

13、=4.91 X10 7NXM a=0Fx+F 2X2=0XMc=0 F (2 x)+F 1X2=0Fx=11.19 X107Nx=0.88(2)當 F=30kN 時ZMIa=0-FX0.88+F 2X2=0XMb=0-F(2-x)+F 1X2=0F1=1.68 X104NF2=1.32 X104N對本干1(r1=F 1/(兀/4d12)=1.68 X104/(兀/4 X202X10-6)=53.5MPa對本干2o2=F 2/(兀/4d 22)=1.32 X104/(兀/4 X252X10-6)=26.9MPa.桿1的正應(yīng)力為53.5MPa桿2的正應(yīng)力為 26.9MPa5、以圓軸以 300r/m

14、in 的轉(zhuǎn)速傳遞 331kW 的功率。如寸=40MPa , 0=0.5 /m , G=80GPa ,求軸的直徑。解：由強度條件設(shè)計軸的直徑Tmax=T/w t=16T/ 忒13目T=9550p/n=9550X331 /300=10.536kN md>(16T/ 兀句)1/2=16 X 10536/(兀 >40 X106)=11.03(cm)由鋼度條件設(shè)計軸的直徑Dmax=T/GIp X180/ 兀=32T/G ud4X180/ 兀7即d >(32T/G 兀9X180/ 兀嚴=32 X10536 X180/ (80 X10 9X0.5 兀)1/2 =11.13(cm) 取 d1

15、1.13cm6、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ZMI a=0qa2/2+M e+FRB 2a=0Frb= qa/4 M e/2a= 20 X1/4 20/2 X1= - 15 (kN )負號表示Frb實際方向與假設(shè)方向相反，即向下。ZFy=0 , Fra+ F rbqa=0FRA=qa Frb=20 X1 (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(集中力偶作用處剪力圖無變化)0A截面左鄰的剪力 Fsa左

16、=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 =20kN(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，突變值即為該處集中力偶的力偶矩。計算出M a= - qa2/2= 10 (kN m) Md左=Me+F RBa=20 15X1=5(kN m) M d

17、右=5 RBa= 15 X1= 15(kN m) , M b=0,根據(jù)這些數(shù)彳1,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，即=0.5。，試選定此軸的直徑。題7圖“解：Fa=F B=qL/2=9.8 X2=19.6(kN)M(x)=qLx/2 qx2/2(0<x<L)M max=qL 2/8=9.8 X42/8=19.6(kNm)We> M max /同=19.6 X10 3/100 X106=196(cm 3)選用20

18、a工字鋼Ib=2370cm 4=23.7 X10 6梁得許用強度為y=L/1000=4000/1000=4(mm)而最大強度在在梁跨中心其值為Vmax=5qL 4/384EI=5 X9.8 X103 X44/384 X206 X109X23.7 X10 6=6.7 X10 3>y此型號得工字鋼不滿足剛度條件要滿足剛度條件| V| max=5qL4/384EI e=5 X9.8 X103X44/384 X206 X109XIe< 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)為一能旋轉(zhuǎn)的懸臂式吊車梁，有 28號工字鋼做的橫梁 AB及拉桿BC組成

19、。在橫梁 AB的中點 D有一個集中載荷F=25kN ,已知材料的許用應(yīng)力=100MPa ，試校核橫梁 AB的強度。(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Fy=-21 C5 C©0 i獨16,2

20、$(££-m)(5)計置危險點處的應(yīng)力，由型綱規(guī)格表直隹'號工字鋼的相截面面積為A北丘加，抗彎截面系數(shù)W-lS5cm-( 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 10"fl=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.

21、力柱心(如圖1L川J J慢有二矩彤截面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1=Fh矩工(3).于是，這個問題轉(zhuǎn)化為拉偏與彎曲的組合由fI 11形問題.其危除點的最大應(yīng)力值可用公式k(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ot=35MPa，試計算圓立柱所需

22、直解：(1)內(nèi)力計算由截面法可得力柱 m-m橫截面上的內(nèi)力為:FN=F=15kN,M=F e=15 X0.4=6(kN m)(2)按彎曲強度條件初選直徑d若直接用式(m max , o-min ) =F n/A ±M max/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omax=M/W < dW = Ttd 3/32 >M/ o有d >(32M/ 兀同)1/3 =(32 X6 X10 3/ 兀 >35 X106)"3=120.4 X10 3(m)取 d=121mm

23、(3)按偏心拉伸校核強度由式( m max , crmin )=Fn/A ±M max/Wmax=F n/A+M/W=15X103/ (兀/4 ) X121 2X10 6+6 X103/ (兀/32 ) X1213X109=35.8(MPa) >6最大拉應(yīng)力超過許用拉應(yīng)力2.3%，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Sn=22mm,若令焊接接頭系數(shù)4=1.0 ,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(rt=147MPa.解：取工作壓力等于

24、設(shè)計工作壓力P=PcSe= Sn C=22 -2=20P= 2 的 J(f)/D i=2 X20 X147 X1/10 X10 3=0.588(MPa)11、乙烯儲槽，內(nèi)徑1600mm ,厚度為Sn=16mm ,設(shè)計壓力p=2.5MPa ,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=1.5mm，試校核強度。 解：才=170MPa取 Se=加一C=16 1.5=14.5mm(j)=1(r=P D/2 Se L =2.5 X1600/2 X14.5 X1 =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 1600

25、mm ,工作溫度為 5105 ,工作壓力為1.6MPa ,釜體材料選用 0Gr18Ni10Ti 。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=1.6MPaDi=1600mm t=137MPa（f）=0.8對于圓筒S=PCDi/2 同2Pc=1.6 X1200/2 X137 X0.8 1.6=8.79mmC=C 1+C 2=0.8+1.0=1.8Sn= S+C=8.79+1.8=10.59圓整 crn = 12mm封頭 S=PCDi/2 同20.5Pc=1.6 X1200/2 X137 0.5 X1.6=8.76mm封頭應(yīng)與筒體同樣的厚度圓整8 n圭t=

26、 Sn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1.6MPa。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, （yb=370MPa ,ns=1.6 , nb=3.0。容器為單面腐蝕，腐蝕速度為 0.2mm/a。設(shè)計使用年限為10年，試設(shè)計該容器筒體及封頭厚度。解：材料為Q235-B(rs=235MPaob=370MPaC2=1mm(rt=113MPaP=Pc=1.6MPa(f)=0.8Ci=0.8mm鋼板的厚度Sn= P cDi/2

27、 同“一Pc=1.6 X1200/2 X113 X0.8 1.6=10.7mmSn= S+C 1+C2=12.5mm圓整 8 n=14mm封頭 Sn=PCDi/2#(f) 0.5PC=1.6 X1200/2 X113 X0.8 0.5 X1.6=10.67mm封頭應(yīng)取筒體相同的直徑Sn 圭t= Sn 筒=14mm14、已知V帶傳動的功率 P=5.5kW，小帶輪基準直徑 D1=125mm ，轉(zhuǎn)速n1=1400r/min,求傳動時帶內(nèi)的有效拉力Feo解：Fe = 1000 P/VV1= 7tD1n1/60 X1000=3.14 X125 X1440/60 X1000=9.42m/sFe=1000

28、X5.5/9.42=583.8N15、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=1400r/min,滑動率e =0.02，試求由于彈性滑動在5min內(nèi)引起的大帶輪轉(zhuǎn)數(shù)的損失。解：有滑動時傳動比i=n i/n 2=D 2/D i(1 )=355/140(1-0.02)=2.587n2=n i/i=556 轉(zhuǎn)/分沒有滑動時n2- n2=n i D i/D 2=568 轉(zhuǎn)/分5分鋼損失的轉(zhuǎn)數(shù) =(568 -556) X5=60轉(zhuǎn)16、已知一正常齒制標準直齒圓柱齒輪a=20,m=5mm , z=50，試分別求出分度圓、基圓、齒頂圓上漸開線

29、齒廓的曲率半徑和壓力角。解：D 分=mz=5 X50=250mmD 頂=m(z +2)=5 X52=260mmD 基=D 根 cos a=m x億一2.5)cos20=5 X(50 2.5) Xcos20=213.75mm17、有一標準阿基米德蝸桿傳動，已知其模數(shù) m=5mm , di=50mm ,蝸桿頭數(shù)zi=1 , 蝸輪齒數(shù)z2=30，試計算主要幾何尺寸。解： 齒距 p=p xi=pt2= 7tm=兀 X5=15.708(mm)齒頂高ha=m=5(mm)齒根高hf=1.2m=1.2 X5=6(mm)齒高 h=h a+hf=5 +6=11(mm)蝸桿分度圓直徑di=50(mm)(已知)蝸桿齒頂圓直徑dai=d i + 2ha=50 + 2 X5=60(mm)蝸桿齒根圓直徑dfi=d i -2h f=50 -2 X6=38(mm)蝸桿導程角產(chǎn)arctan(mz i/d i )=arctan(5 xi/50)=542 38"蝸桿螺旋部分長度bi Nii + 0.06z 2)m=(ii+0.06X30) X5=64(m