過程設備機械設計基礎PPT課件

1、內容縱覽緒論靜力學材料力學常用材料機械傳動壓力容器壓力管道總結軟件介紹第1頁/共48頁第一章 過程設備總論 重中之重 對過程設備的分類要比較明確 習題舉例： 1. 除霧器的作用是除去氣體中懸浮著的液體顆粒，按照過程設備的分類標準，它屬于 。（單選題） a）化學反應設備 b）分離設備 c） 物料輸送設備 d）傳熱設備 2 下面屬于分離設備的有 。（多選題） A 精餾塔 B 斗式提升機 C 鍋爐 D 除霧器 3.按照過程設備的分類標準，鍋爐屬于 。(單選) a）化學反應設備 b）分離設備 c） 物料輸送設備 d）傳熱設備第2頁/共48頁過程設備過程設備反應設備反應設備輸送設備輸送設備分離設備分離設

2、備傳熱設備傳熱設備粉 碎 設 備粉 碎 設 備加 熱 爐加 熱 爐攪 拌 釜攪 拌 釜流 化 床流 化 床管式管式固 定 床固 定 床塔式塔式固體輸送固體輸送流體輸送流體輸送液 ： 泵液 ： 泵氣：壓縮氣：壓縮機機混 合 式混 合 式蓄 熱 式蓄 熱 式間 壁 式間 壁 式結 晶 器結 晶 器蒸 發(fā) 器蒸 發(fā) 器干燥設備干燥設備固固-固固液液-液液氣氣-氣氣固固-液液固固-氣氣液液-氣氣類似加熱類似加熱設 備 ：設 備 ：溫度高，溫度高，燃料燃燒燃料燃燒火焰?zhèn)鳠峄鹧鎮(zhèn)鳠崛珏仩t，如鍋爐，機械機械氣流粉碎氣流粉碎化學粉碎化學粉碎破碎破碎磨碎磨碎超細磨碎超細磨碎除霧設備屬氣液分離設備，作用是除去氣體

3、中的液體顆粒除霧設備屬氣液分離設備，作用是除去氣體中的液體顆粒第3頁/共48頁第二章第六章重中之重 掌握靜力學的基本分析方法 掌握約束的主要類型和力學特點 針對不同外力作用下的構件，掌握 內力/外力/變形分析和計算方法 應力和應變的計算方法 掌握強度計算公式，能夠進行三方面工作 新構件設計， 強度校核和 最大承載能力的計算 掌握材料基本力學性能及其測試方法 掌握壓桿失效的不同形式，并分析和計算第4頁/共48頁第二章第六章習題舉例 選擇題（單/多）1. 如圖所示，問吊鉤的A-A截面受 。 a) 扭矩 b) 剪力 c) 彎矩+拉力 d) 扭矩+拉力2 兩端鉸支細長壓桿，如在中間加一鉸支承，則歐拉臨

4、界應力是原來的 倍。 a） 0.5 b） 1 c） 2 d） 43. 直桿在外力作用下，長度會伸長，截面積減小，那么其體積是否發(fā)生變化? a） 增加 b） 減小 c） 不變 d）不確定第5頁/共48頁 歐拉公式22Ecrilo 泊松比對受力構件的影響z021VV 泊松比通常在00.5之間，所以當桿件受到拉力作用時，體積總是增大的； 反之，受到壓縮時體積總是縮小的。 泊松比=0.5時, V=0，即體積基本不變。 只在彈性范圍內成立。第6頁/共48頁4. 一純彎曲的鑄鐵梁如圖，采用T型梁，其最合理的放置方式是 。2 m2 mmm (a) (b) (c) (d)5. 對壓桿進行穩(wěn)定計算時，若滿足條件

5、：，則桿件為細長桿，可以用歐拉公式計算得到臨界應力，如果采用直線公式計算，得到的臨界應力將 壓桿的實際的臨界應力。（多選） a） 大于 b） 小于 c） 安全 d）危險第7頁/共48頁 鑄鐵屬于脆性材料，抗拉強度低，抗壓強度高，書圖3-17b， 梁在外力作用下，下邊受拉，上邊受壓， 所以下邊必須有較多的材料，橫在下邊，豎在上邊，充分發(fā)揮材料的作用； 由于T形梁的中性軸不在豎的中部而是靠近橫，所以將橫放在下面，可以降低拉應力。Zy拉max壓max第8頁/共48頁crps小柔度桿 中柔度桿大柔度桿cr=scr=a-b 22Ecr第9頁/共48頁ABCD6 a 指出圖中的二力構件 . A AC B

6、BC C AB D CD 6 b 滿足三力平衡匯交定律的構件為 。 A AC B BC C AB D CD 第10頁/共48頁 二力桿件/二力構件 若一個剛體受到兩個力作用處于平衡狀態(tài)，不管該剛體是何形狀，則這兩個力的大小相等、方向相反、作用在同一條直線上。這種受到二力作用而平衡的構件稱為二力桿件。 二力桿件不一定是直桿。 三力平衡匯交定律 當剛體在三力作用下處于平衡時，若其中兩力的作用線相交于一點，則第三力的作用線必通過該點，且三力共面。第11頁/共48頁BBAAABCEADCB DBBAAABABBAAABB7 指出圖中滿足三力平衡匯交定律的構件 。第12頁/共48頁 8 下列那些說法是正

7、確的 。 A 力矩的大小與矩心有關； B 力偶矩的大小與矩心有關 C力矩和力偶矩的大小都與矩心無關 D 力矩和力偶矩的大小都描述了外力對構件的轉動效果。9 工作溫度由常溫升高到500度時，25號鋼 。 力學性能也隨之降低。 A 屈服強度 B 泊松比 C 延伸率 D 斷面收縮率 10 直桿拉伸時，下面有關直桿橫截面上的應力的說法哪些是正確的？ A 正應力不等于零； B 剪應力不等于零； C 正應力等于零； D 剪應力等于零。第13頁/共48頁 力矩是用來描述一個外力使物體繞某一點轉動的效果。由于選擇點不同，力矩的大小也不相同。 力偶矩是用來描述力偶（兩個力）使物體轉動效果的物理量。由于這兩個力大

8、小相等，方向相反，所以這一對力使物體的轉動效果（力偶矩）等于兩個力分別對平面上任意一點的力矩之代數(shù)和。 因此，力偶矩的大小與矩心無關，事實上，在討論力偶矩時，一般不涉及矩心。力偶矩：MF.d力矩：Mo(F) F.d第14頁/共48頁0400102006008002030405060708090100C/% /%0200400600800001000.10.5x1052003004005001.0 x1051.5x1052.0 x1052.5x1050.20.30.40.5pabEbEC圖3-18第15頁/共48頁2cos2sin2245max時，omax0 時，090時，op任意截面上的正應力

9、和剪應力第16頁/共48頁11鋼材的彈性模量通常為 GPa左右 。 a） 2 b） 70 c） 110 d） 20012. 對于兩端鉸支的細長壓桿，如果長度縮短為原來的一半后仍然為細長壓桿，則縮短后的臨界壓力與沒有縮短時的臨界壓力相比 。 a） 有所提高 b）有所降低 c）保持不變 d）不能確定13鋼材的彈性模量通常為 200 左右 。 a） Pa b） KPa c） MPa d） GPa14. 鋼材的泊松比約為 。 a）0.2 b）0.3 c）0.4 d）0.5第17頁/共48頁 鋼材主要力學性能：彈性模量200GPa。泊松比0.3，屈服強度150600MPa， 鋁材主要力學性能：彈性模量7

10、1GPa。泊松比0.33，屈服強度100400MPa， 學習時注意單位和數(shù)量級。 泊松比通常小于0.5,橡膠的泊松比較大，通常在0.45以上。 正確理解和把握材料的拉伸曲線和應力應變曲線第18頁/共48頁 判斷題（ ）1、力偶無合力，因此它是平衡力系。（ ）2、二力桿件所受力的方向沿著桿線。（ ）3、二力桿件是指受到一對平衡力作用的直桿。（ ）4、梁的一端為固定端約束，在該約束處的撓度等于零、但是轉角不等于零。（ ）5、如果梁的某一段上沒有載荷作用，那么這段梁上的剪力必然為0。（）6、梁的抗彎截面模量反映了梁的抗彎能力，抗彎截面模量愈大，能承受的彎矩愈大。第19頁/共48頁（ ）7、細長桿的失

11、穩(wěn)是由于桿的材料強度極限不足引起的，所以可以采用強度較高的材料，如高強鋼來改善桿的穩(wěn)定性。（ ）8、力偶的合力為0，因此它是平衡力系。（ ）9、如果梁的某一段上沒有載荷作用，那么這段梁上的剪力必然為0。（）10、梁的抗彎截面模量反映了梁的抗彎能力，抗彎截面模量愈大，能承受的彎矩愈大。（ ）11、如果梁的一端為固定端約束，那么在該約束處梁的撓度一定等于零、但是轉角不一定等于零。（ ）12、細長桿的失穩(wěn)是由于桿的材料強度極限不足引起的，所以可以采用強度較高的材料，如高強鋼來改善桿的穩(wěn)定性。第20頁/共48頁（ ）12、力偶的合力為0，因此它是平衡力系。 （ ）14、如果梁的一端為固定端約束，那么在

12、該約束處梁的撓度一定等于零、但是轉角不一定等于零。（ ）15、細長桿的失穩(wěn)是由于桿的材料強度極限不足引起的，所以可以采用強度較高的材料，如高強鋼來改善桿的穩(wěn)定性。（ ）16、力偶的合力為0，因此它是平衡力系。第21頁/共48頁 1 二力桿件：準確地說，應該是二力構件，是指在兩個外力的作用下，處于平衡狀態(tài)的構件。該構件可以是桿件，也可以是其他形式，如球，或者不規(guī)則形狀。 2 正確的表述；二力桿件所受力的方向沿著力作用點連線方向。 3 細長桿的穩(wěn)定性僅僅與材料的彈性模量有關，所以采用彈性模量較高的材料有助于提高或者改善桿的穩(wěn)定性。 4 中長桿的穩(wěn)定性與材料的強度有一定關系，采用高強鋼代替普通鋼在一

13、定程度上有助于提高和改善其穩(wěn)定性。 5 力偶的合力為零但是合力矩不等于0，所以物體將發(fā)生轉動而不是處于平衡狀態(tài)，故力偶不是平衡力系。第22頁/共48頁第23頁/共48頁計算題 2-1(a) 提示1：該題主要考察同學們對三力平衡匯交定律的掌握程度 提示2：要求正確畫出未知力的方向N1N2A第24頁/共48頁AN2N1o 2-1（b)o 提示1：該題主要考察同學們對三力平衡匯交定律的掌握程度o 提示2：要求正確畫出未知力的方向第25頁/共48頁 2-7 提示：利用三力匯交可以直接確定A鉸的受力方向。 答案2aABaDC題2-7RAxRAyRARDRAx=FRay=F/2RD=F/2第26頁/共48

14、頁 2-13 提示：注意用三力平衡匯交定律 這里給出(a)的受力分析圖BA2m2m45(a)RAXRARBXRAYRBRBY第27頁/共48頁 3-1 （a） 提示： 注意軸力圖上標示出力的大小， 方向以及與構件的位置對應關系 123123(a)aaa302010+-第28頁/共48頁 3-1（b）123123(b)+-+F4F2Fo提示： 注意軸力圖上標示出力的大小， 方向以及與構件的位置對應關系 第29頁/共48頁計算題 1 試寫出下列各梁的剪力方程和彎矩方程，作剪力圖和彎矩圖。lBA(a)題圖a(a)(b)lBA題圖b第30頁/共48頁 解答ao 解答b第31頁/共48頁 2 圖示銷釘聯(lián)

15、接，P=18kN，板厚t1=8mm，t2=5mm，銷釘與板的材料相同，許用剪應力=60MPa, 許用擠壓應力 jy=200MPa, 銷釘直徑d=16mm，試校核銷釘強度。 解答 200MPa 200MPa 60MPa 故 銷釘安全。MPadtPjy5 .112221MPadtPjy6 .14012MPadP7 .4442剪dt2t2t1第32頁/共48頁 3 試分析和比較圖中兩種齒輪的布局，哪一種布局對提高傳動軸強度有利？已知：T1=T2+T3。 解答 對于a，最大扭矩為T1=T2+T3, 對于b，最大扭矩為T2和T3中的較大值，顯然小于T1, 所以更為合理。第33頁/共48頁第七章重中之重

16、碳鋼的分類和主要用途 合金鋼的分類和主要用途 鑄鐵的分類 有色金屬材料的分類 非金屬材料舉例 鋼材的熱處理方式和工藝和效果 腐蝕產生原因及防護措施 綜合說明過程設備材料選擇原則第34頁/共48頁第七章習題舉例 判斷題 （） 1、齒輪的熱處理方法通常為正火或調質，這樣處理后，齒面硬度會增高。 （ ） 2、不銹鋼是指成分中含有Cr的合金鋼，如2Cr13等。 選擇題1. 不銹鋼2Cr13的名義含Cr量是 。 a） 13% b）1.3% c) 0.13% d) 0.013%2某材料的牌號為16MnR，該材料的名義含碳量為 。 a） 16% b）1.6% c) 0.16% d) 0.016% 3某鋼材材

17、料的牌號為45，根據該材料的名義含碳量可以知道這種鋼屬于 。 a）高碳鋼 b）中碳鋼 c) 低碳鋼 d) 不能確定 第35頁/共48頁4. 鋼號為2Cr13的鋼材，是一種 。 a）優(yōu)質碳素結構鋼 b）合金結構鋼 c）不銹鋼 d） 工具鋼5鋼材的彈性模量通常為 GPa左右 。 a） 2 b） 70 c） 110 d） 2006. 不銹鋼1Cr13的名義含Cr量是 。 a） 13% b）1.3% c) 0.13% d) 0.013%7某鋼材材料的牌號為65，根據該材料的名義含碳量可以知道這種鋼屬于 。 a）高碳鋼 b）中碳鋼 c) 低碳鋼 d) 不能確定 8鋼材的彈性模量通常為 200 左右 。

18、a） Pa b） KPa c） MPa d） GPa第36頁/共48頁 鋼鐵材料常用熱處理方式有四種，即退火，正火，淬火和回火。 退火：將構件加熱到一定溫度以上保溫后隨爐冷卻，以獲得接近平衡狀態(tài)組織的一種熱處理工藝； 效果：強度硬度下降，塑性韌性提高； 正火：將鋼加熱到臨界點以上后保溫，然后在空氣中冷卻，從而得到細片狀珠光體組織的熱處理工藝； 效果：最終熱處理，綜合性能較好； 淬火：將鋼加熱到臨界點以上后保溫后得到奧氏體，然后在水等中快速冷卻獲得馬氏體的熱處理工藝； 效果：強度和硬度增加，塑性和韌性變差。 回火：將鋼加熱到一定溫度后保溫，以適當方式冷卻至室溫，獲得預期性能的過程。 效果：消除應

19、力，穩(wěn)定組織，降低脆性。第37頁/共48頁 優(yōu)質碳素鋼：按含碳量分為低碳，中碳，高碳鋼三種； 低碳鋼：08，10，15，20 中碳鋼：25，30，35，45，50，55 高碳鋼：60，65，70 不銹鋼：包括鉻不銹鋼，鉻鎳不銹鋼和節(jié)鎳不銹鋼。 鉻不銹鋼：含鉻量要大于11.7%,如2Cr13 鉻鎳不銹鋼: 18-8（0Cr18Ni9) 節(jié)鎳不銹鋼:Cr18Mn8Ni9 普通低合金鋼：16MnR第38頁/共48頁第八 十一章重中之重1 壓力容器常用零部件分類，名稱，用途 壓力容器的分類標準與分類 邊緣應力產生原因及其工程處理方法 內壓薄壁圓筒/球形容器應力計算 內壓容器強度公式及其三個應用 容器壁

20、厚設計 容器強度校核 容器最大承載能力計算 第39頁/共48頁第八十一章重中之重2 外壓容器的主要失效方式及其表現(xiàn) 提高外壓容器穩(wěn)定性的措施 加強圈的作用和安放 壓力容器的安全使用與管理 管理依據 設計監(jiān)測 制造監(jiān)測 管道分類與管道表面色第40頁/共48頁第八十一章習題舉例 判斷題（ ） 1、球形殼體的周向應力與徑向應力相等。（） 2、過程設備通用零部件基本參數(shù)是公稱直徑和公稱壓力。（）3、截止閥和節(jié)流閥的結構基本相同，但是作用不同。（ ）4、承重的管架應該安裝在遠離設備管嘴的地方，以免影響管嘴的安裝。 （ ）5、管道表面色必須按照生活習慣進行涂刷。 （）6、按壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程容器分為一、

21、二、三類容器，其中三類容器最危險。（）7、公稱壓力與公稱直徑相同的容器法蘭與管道法蘭不可以互用。 （）8、鞍式支座通常成對使用，但是兩個支座結構不完全相同。 （）9、設置加強圈的主要目的是提高筒體的剛度。 （ ）10、密封性要求高的設備，氣壓試驗合格后，沒必要進行氣密性試驗。第41頁/共48頁 選擇題（單/多）1.壓力管道的公稱直徑指的是管道的 。 a）內徑 b）外徑 c）中徑 d）不是內徑也不是外徑2受內壓的球形壓力容器，其應力的特點是 。 a) 環(huán)向應力與經向應力相等 b）環(huán)向應力是經向應力的兩倍 c) 經向應力是環(huán)向應力的兩倍 d) 環(huán)向應力與經向應力均為零3適用于高大直立容器的支座有

22、。 a）耳式支座 b）鞍式支座 c）裙式支座 d）支腿式支座4. 球形封頭是各種封頭中結構最 ，受力狀態(tài) 。 a）復雜 b）簡單 c）常用 d）不受推薦 a）較好 b）復雜 c）較差 d）與平板封頭一樣第42頁/共48頁5. 汽車罐車常用來運輸液氨、汽油和液化石油氣等危險品，屬于移動壓力容器。按壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程，該容器的類別為 。 a）類 b）類 c）類 d)不屬該規(guī)程管轄范圍6受內壓的球形壓力容器，其應力的特點是 。 a) 環(huán)向應力與經向應力相等 b）環(huán)向應力是經向應力的兩倍 c) 經向應力是環(huán)向應力的兩倍 d) 環(huán)向應力與經向應力均為零7適用于臥式容器的支座有 。 a）耳式支座 b）鞍式支座 c）裙式支座 d）支腿式支座8. 汽車罐車常用來運輸液氨、汽油和液化石油氣等危險品，屬于移動壓