化工設備機械基礎復習及答案

word格式-可編輯-感謝下載支持化工設備機械基礎復習題一、填空題1、強度是指構件抵抗破壞的能力。2、剛度是指構件抵抗變形的能力。3、穩(wěn)定性是指構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，則稱物體處于一平衡狀態(tài)一。5、物體受外力作用變形時，其內部各部分之間因相對位置改變而引的相互作力稱為—內力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、扭轉是桿件的又種變形方式。9、T=Gr稱為—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鉸支座，另一端為可動。12、外伸梁是簡支梁的一端或兩端伸出支犀之外。13、懸臂梁是梁的一端固定，另一端自由。14、最大拉應力理論又稱疽一—強度理論。15、最大伸長線應變理論又稱第二強度理論。16、最大敢應力理論又稱第三強度理論。17、形狀改變比能理論，又稱第四強度理論。18、構件在工作時出現(xiàn)隨時間作周期變化的應力稱為交變一應力。19、硬度是用來—衡量_固體材料軟硬程度的力學性能指標。20、裂紋構件抵抗裂紋失穩(wěn)擴展的能力稱為斷裂韌性。21、化工設備的密封性是一個十分重要的問題。22、化工設備的耐久性是根據(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)向應力為。尸PD/2626、球形殼體的環(huán)向應力為。尸PD/4627、5d是圓筒的設計厚度。28、6是圓筒的計算厚度。29、有效厚度6e=6+△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Ri為半徑的球面，以r為半徑的過度弧高度為h0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6e/D0較大，而長徑比L/D0較小，所以一般不存在因失穩(wěn)破壞的問題。35、加強圈應有足夠的剛性，通常采用扁鋼、角鋼、工字鋼或其它型鋼組成。36、臥式容器的支犀有鞍座圈犀和支腿三種。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帶的橫截面為等腰梯形，其工作面是與輪槽相接觸的兩側面。、問答題1、構件在外力作用下，安全可靠地進行工作應滿足哪些力學條件？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）圓柱鉸鏈約束3、材料力學對變形固體作了哪些假設？答：（1）連續(xù)性假設（2）均勻性假設（3）各向同性假設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、引構件產生交變應力的原因有哪些？答：（1）載荷作周期性變化（2）載荷不變化，但構件作某些周期性運動6、提高構件疲勞強度的措施？答：（1）減緩應力的集中（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)代化生產的重要手段，實現(xiàn)標準化，有利于成批生產，縮短生產周期，提高產品質量，降低成本，從而提高產品的競爭力，實現(xiàn)標準化，可以增加零部件的互換性，有利于設計、制造、安裝和維修，提高勞動生產率。標準化為組織專業(yè)生產提供了有利條件。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、軸對稱回轉殼體薄膜理論的應用范圍？答：（1）回轉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：（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）結構簡單，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，緩慢擺動或低速轉動時，一般不會產生疲勞損壞。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力超過材料的屈服極限，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：M]=1kN?m；M2=1.4kN?m；M3=1kN-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。2B解：據(jù)M=±FdM=M]+M2+M3=1+1.4+2=4.4kN?mF=M/d=4.4/0.2=22kN2B答：兩螺栓受到的橫向力為22kN2、如圖所示，有一管道支架ABC。A、B、C處均為理想的圓柱形鉸鏈約束。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EFy=0Fy1-FN1-FN2+FBcos45°=0EMa=0Fy1X0—FN1X0.4—FN2X1.12+FBcos45°X1.12=0?.?FB=9.67kNFx=6.84Fy=2.16

3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5XhXl=20mmX12mmX100mm，傳遞的扭轉的扭轉力偶矩M=2kN-m，鍵的許用切應力[t]=60MPa,[op]=100MPa,試校核鍵的強度。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以下部分和軸作為一整體來考慮(圖b)，對軸心取矩，由平衡方程EM0=0，得FS?(d/2)=M,FS=2M/d=57.14(kN)剪切面面積為A=6l=20X100=2000mm2，有t=Fs/A=57.14X103/2000X10-6=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?？紤]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。=F/A=57.14X103/6X100X10-6=95.3(MPa)<[。]故平鍵也滿足擠壓強度條件。P4、如圖所示結構中梁AB的變形及重量可忽略不計。桿1為鋼制圓桿，直徑d]=20mm,E]=200;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F=30kN，求兩拉桿內橫截面上的正應力。//

解?'J解?'JI■桿1的拉力F1桿2的拉力F2F]=E]?n/4?d2=200GPaXn/4X(20)2=6.28X107NF2=E2?n/4?d2=100GPaXn/4X(25)2=4.91X107NEMA=0—Fx+F2X2=0EMC=0—F?(2—x)+F1X2=0Fx=11.19X107Nx=0.88(2)當F=30kN時EMa=0—FX0.88+F2X2=0EMB=0—F?(2—x)+F1X2=0F1=1.68X104NF2=1.32X104N對桿1。1=F1/(n/4?d12)=1.68X104/(n/4X202X10-6)=53.5MPa對桿2=F2/(n/4?d22)=1.32X104/(n/4X252X10-6對桿2..?桿1的正應力為53.5MPa桿2的正應力為26.9MPa求軸的5、以圓軸以300r/min的轉速傳遞331kW的功率。如[t]=40MPa,[9]=0.5°/m,G=80GPa,直徑。求軸的解：由強度條件設計軸的直徑Tmax=T/wt=16T/nd3<[T]T=9550p/n=9550X331/300=10.536kN?m?.?dN(16T/n[T])1/2=[16X10536/(nX40X106)]=11.03(cm)由鋼度條件設計軸的直徑Dmax=T/GIpX180/n=32T/Gnd4X180/nW[9]dN(32T/Gn[9]X180/n)1/2={32X10536X180/(80X109X0.5n)}1/2=11.13(cm)取d11.13cm6、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EMa=0qa2/2+Me+FRB?2a=0Frb=—qa/4—Me/2a=—20X1/4—20/2X1=—15(kN)負號表示frb實際方向與假設方向相反，即向下。EFy=0，F(xiàn)ra+Frb_qa=°word格式-可編輯-感謝下載支持FRA=qa-FRB=20X1-(-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)。A截面左鄰的剪力Fsa左=-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(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MA=-qa2/2=-10(kN-m)MD^=Me+FRBa=20-15X1=5(kN-m)MD『FRBa=—15X1=-15(kN-m)，Mb=0,根據(jù)這些數(shù)值，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,IMImax=15(kN?m)。7、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處截面的許用轉角，［。］=0.5°，試選定此軸的直徑。令加匕題7圖尸解：FA=FB=qL/2=9.8X2=19.6(kN)M(x)=qLx/2—qx2/2(0<x<L)Mmax=qL2/8=9.8X42/8=19.6(kN?m)?.?WeNMmax/[。]=19.6X103/100X106=196(cm3)選用20a工字鋼Ib=2370cm4=23.7X10-6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[V]max=5qL4/384EI=5X9.8X103X44/384X206X109X23.7X10-6=6.7X10-3>[y]word格式-可編輯-感謝下載支持此型號得工字鋼不滿足剛度條件要滿足剛度條件IVlmax=5qL4/384EIE=5X9.8X103X44/384X206X109XIE<[y]IE>3964cm4應選用25a號工字鋼滿足鋼度條件。8、如圖所示（見答案）為一能旋轉的懸臂式吊車梁，有28號工字鋼做的橫梁AB及拉桿BC組成。在橫梁AB的中點D有一個集中載荷F=25kN,已知材料的許用應力[。]=100MPa，試校核橫梁AB的強（1）堂力分析+JAB梁受力圖如圖（h）（c）所示-由靜力平衡方程可求得」￥-=25（甌）提）品￡^=￡^=21.6CkN）品UEx>TX5（N*JUUVVVLHJV^kR-RJkRA由受力圈可以看出，梁AB上外力B跖咬黯生軸向壓縮變形，而外力F、壇使梁志生彎曲變形。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。u（?）確定危險截面+1作AB梁做軸力E.W）和彎矩圖”），可知□為危險截面，其軸力和彎矩分別為P7y=-21.d【甌）f\U<=16.25（過m）f⑴計算危險點處的應力。由型鋼規(guī)格表SB踞號工字鋼的橫截面面積為鳥=3匚ShhM抗彎截面系魏W^lSSctn-,在危險截面的上邊緣各點有最大壓應力，其絕對值為口°'A+W=21.15XIMO.6X10^+16.25X10^/185X10"fl=94.87（JW）^（4）強度校核口a^=94.87MPa<'o*梁AB滿足強度條件-*下面討論作為拉伸（壓縮）與彎曲組合變形形式二F-種特殊情況一一偏心拉伸《壓疆）問題口如果作用在HF：p直桿上的外力平行與桿的軸線但與軸笠不重合時，將pF引起偏心拉伸或偏心壓縮-如廠房支承吊車梁的立柱-力柱門（如圖1九-JJTOC\o"1-5"\h\z設有二矩形截面直桿，桿兩端作用有平行于軸線的力_］3.F（如圖2J,F力作用點與橫截面形心的距離用m表示，戲［稱為偏心距。在該力的作用下，桿受到偏心拽伸-博力〃flF向橫截面形心簡化，得到一個使枉亡生軸向拉伸的拉［2計力E同時得到一個使旺生彎曲的.矩為的彎曲力偶矩于是，這個問題轉化為拉伸與彎曲的蛆合變,F「|1具形問題_其危險點的最大應力值可用公式」+J—*（。iEZ>；f。lEill）=FW.A±11^V^計算，只需將式中的M改為偏心力偶矩F已⑶品9、如圖所示鉆床，若F=15kN，材料許用拉應力［ot］=35MPa，試計算圓立柱所需直徑d。解：（1）內力計算由截面法可得力柱m-m橫截面上的內力為：FN=F=15kN,M=Fe=15X0.4=6（kN?m）（2）按彎曲強度條件初選直徑d若直接用式（omax，omin）=FN/A土Mmax/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，可先彎曲正應力強度條件進行截面設計，然后帶回式進行強度校核。由°max=M/WW［。］W=nd3/32NM/［。］有dN（32M/n［。］）1/3=（32X6X103/nX35X106）1/3=120.4X10-3（m）取d=121mm（3）按偏心拉伸校核強度

由式(。啞，。"逐"土M^/Wamax=FN/A+M/W=15X103/(n/4)X1212X10-6+6X103/(n/32)X1213X10-9=35.8(MPa)>［ot］最大拉應力超過許用拉應力2.3%，但不到5%,在工程規(guī)定的許可范圍內，故可用。所以取圓立柱直徑d=121mm題9題910、某球形內薄壁容器的最大允許工作壓力D.=10m,厚度為、=22mm,若令焊接接頭系數(shù)祖=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。已知鋼材的許用應力［o］t=147MPa.解：取工作壓力等于設計工作壓力P=PC5e=、一C=22-2=20P=25e［。］t祖/D.=2X20X147X1/10X103=0.588(MPa)11、乙烯儲槽，內徑1600mm，厚度為、=16mm，設計壓力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：［o］t=170MPa取5e=5n-C=16-1.5=14.5mm祖=1［o］=P?D/25eeW［。］=2.5X1600/2X14.5X1=138(MPa)<170MPa故該設備強度足夠12、某化工廠反應釜，內徑為1600mm，工作溫度為5~105°C，X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，試設計筒體和封頭的厚度。解：PC=1.6MPaD.=1600mm［o］t=137MPa祖=0.8對于圓筒5=PC-D/2［。］2-PC=1.6X1200/2X137X0.8-1.6=8.79mmC=C］+C2=0.8+1.0=1.85n=5+C=8.79+1.8=10.59圓整。n=12mm封頭5=PC?D/2［。］2-0.5PC=1.6X1200/2X137-0.5X1.6=8.76mm封頭應與筒體同樣的厚度圓整5n封=5n筒=12mm13、今欲設計一臺內徑為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，材質為Q235-B。已知其常溫。s=235MPa,。b=370MPa，ns=1.6,nb=3.0。容器為單面腐蝕，腐蝕速度為0.2mm/a。設計使用年限為10年，，試設計該容器筒體及封頭厚度。解：材料為Q235-B。s=235MPa。b=370MPaC2=1mm［。］t=113MPaP=PC=1.6MPa40.8C1=0.8mm鋼板的厚度5n=PC?D/2［。］te—PC=1.6X1200/2X113X0.8—1.6=10.7mm5n=5+C1+C2=12.5mm圓整5n=14mm封頭5n=PC-D/2［。］te—0.5PC=1.6X1200/2X113X0.8—0.5X1.6=10.67mm封頭應取筒體相同的直徑5n封=5n筒=14mm14、已知V帶傳動的功率P=5.5kW，小帶輪基準直徑D1=125mm，轉速n1=1400r/min，求傳動時帶內的有效拉力Fe。解：Fe=1000-P/VV1=nD1n1/60X1000=3.14X125X1440/60X1000=9.42m/sFe=1000X5.5/9.42=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，小帶輪轉速n1=1400r/min，滑動率e=0.02，試求由于彈性滑動在5min內引起的大帶輪轉數(shù)的損失。解：有滑動時傳動比i=n1/n2=D2/D1(1-e)=355/140(1—0.02)=2.587n2=n1/i=556轉/分沒有滑動時n2-n2=n1-D1/D2=568轉/分5分鋼損失的轉數(shù)=(568—556)X5=60轉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、齒頂圓上漸開線齒廓的曲率半徑和壓力角。解：D^=mz=5X50=250mmD頂=m(z+2)=5X52=260mmD基=。根cosa=mX(z—2.5)cos20=5X(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，d1=50mm，蝸桿頭數(shù)z1=1，蝸輪齒數(shù)z2=30，試計算主要幾何尺寸。解：齒距p=px1=pt2=nm=nX5=15.708(mm)齒頂高ha=m=5(mm)齒根高hf=1.2m=1.2X5=6(mm)齒高h=ha+hf=5+6=11(mm)word格式-可編輯-感謝下載支持蝸桿分度圓直徑d1=50(mm)(已知)蝸桿齒頂圓直徑da1=d1+2ha=50+2X5=60(mm)蝸桿齒根圓直徑df1=d1-2hf=50-2X6=38(mm)蝸桿導程角Y=arctan(mZ]/d])=arctan(5X1/50)=5°42’38"蝸桿螺旋部分長度b1^(11+0.06z2)m=(11+0.06X30)X5