化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)復(fù)習(xí)及答案匯總

化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)復(fù)習(xí)題一、填空題1、強(qiáng)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(yùn)動(dòng)，則稱物體處于＿平衡狀態(tài)＿。5、物體受外力作用變形時(shí)，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(shí)，桿件不但有＿縱向＿變形，同時(shí)＿橫向＿也發(fā)生變形。8、扭轉(zhuǎn)是＿桿件＿的又種變形方式。9、τ=Gr稱為＿剪切＿虎克定律。10、彎曲是工程實(shí)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(dòng)＿。12、外伸梁是簡支梁的一端或＿兩端＿伸出支座之外。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(qiáng)度理論。15、最大伸長線應(yīng)變理論又稱＿第二＿強(qiáng)度理論。16、最大剪應(yīng)力理論又稱＿第三＿強(qiáng)度理論。17、形狀改變比能理論，又稱＿第四＿強(qiáng)度理論。18、構(gòu)件在工作時(shí)出現(xiàn)隨時(shí)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(xué)性能指標(biāo)。20、裂紋構(gòu)件抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的能力稱為斷裂＿韌性＿。21、化工設(shè)備的密封性是一個(gè)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(dāng)q/b=＿2＿時(shí)為標(biāo)準(zhǔn)型橢圓形封頭。25、圓柱殼體的環(huán)向應(yīng)力為σθ=PD/2δ26、球形殼體的環(huán)向應(yīng)力為σθ=PD/4δ27、δd是圓筒的＿設(shè)計(jì)＿厚度。28、δ是圓筒的＿計(jì)算＿厚度。29、有效厚度δe=＿δ+△＿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(dú)立受壓室的＿中間＿封頭。34、剛性圓筒，由于它的厚徑比δe/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(qiáng)圈應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(cè)面。二、問答題1、構(gòu)件在外力作用下，安全可靠地進(jìn)行工作應(yīng)滿足哪些力學(xué)條件？答：（1）強(qiáng)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(xué)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(qiáng)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(yùn)動(dòng)6、提高構(gòu)件疲勞強(qiáng)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(qiáng)度7、化工容器零部件標(biāo)準(zhǔn)化的意義是什么？答：標(biāo)準(zhǔn)化是組織現(xiàn)代化生產(chǎn)的重要手段，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，可以增加零部件的互換性，有利于設(shè)計(jì)、制造、安裝和維修，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(jī)械設(shè)計(jì)有哪些基本要求？答（1）強(qiáng)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(yùn)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(shí)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(yàn)的種類？答：（1）液壓試驗(yàn)（2）氣壓試驗(yàn)（3）氣密試驗(yàn)11、在簡體與錐形封頭連接時(shí)，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(qiáng)的方法（2）在封頭與筒體間增加一個(gè)過渡圓弧，則整個(gè)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(qiáng)度（3）能耐腐蝕（4）成本廉價(jià)14、帶傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)？答：優(yōu)點(diǎn)（1）適用于兩軸中心距較大的傳動(dòng)（2）帶具有良好的彈性，可以緩和沖擊和吸收振動(dòng)（3）過載時(shí)，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(hù)方便，成本低廉缺點(diǎn)（1）傳動(dòng)的外廓尺寸較大（2）不能保證固定不變的傳動(dòng)比（3）帶的壽命短（4）傳動(dòng)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(diǎn)蝕（3）齒面磨損（4）齒面膠合（5）齒面塑性變形16、滾動(dòng)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(hù)等方面都考慮周到。絕大多數(shù)軸承因滾道或滾動(dòng)表面疲勞點(diǎn)蝕而失效。當(dāng)軸承不回轉(zhuǎn)，緩慢擺動(dòng)或低速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，一般不會(huì)產(chǎn)生疲勞損壞。但在很大的靜載荷作用下，會(huì)使軸承滾道和滾動(dòng)體接觸處的局部應(yīng)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(hù)和保養(yǎng)不當(dāng)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(jì)算題1、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（如圖）。已知三個(gè)力偶的矩分別為：M1=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。解：據(jù)M=±FdM=M1+M2+M3=1+1.4+2=4.4kN·mF=M/d=4.4/0.2=22kN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FyFxFN1FN2ABFB∑Fx=0Fx+FBcos45°=0∑Fy=0Fy1―FN1―FN2＋FBcos45°=0∑MA=0Fy1×0－FN1×0.4－FN2×1.12＋FBcos45°×1.12=0∴FB=9.67kNFx=6.84Fy=2.16桿BC的受力圖F′BFAFC=F′B=FB=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δ×h×l=20mm×12mm×100mm，傳遞的扭轉(zhuǎn)的扭轉(zhuǎn)力偶矩M=2kN·m，鍵的許用切應(yīng)力[τ]=60MPa，[σp]=100MPa，試校核鍵的強(qiáng)度。先校核鍵的剪切強(qiáng)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∑M0=0，得FS·(d/2)=M,FS=2M/d=57.14(kN)剪切面面積為A=δl=20×100=2000mm2，有τ=FS/A=57.14×103/2000×10－6=28.6(MPa)＜[τ]可見平鍵滿足剪切強(qiáng)度條件。其次校核鍵的擠壓強(qiáng)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σp=F/Ap=57.14×103/6×100×10－6=95.3(MPa)＜[σp]故平鍵也滿足擠壓強(qiáng)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(jì)。桿1為鋼制圓桿，直徑d1=20mm,E1=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(shí)F=30kN，求兩拉桿內(nèi)橫截面上的正應(yīng)力。桿1的拉力F1桿2的拉力F2F1=E1·π/4·d2=200GPa×π/4×（20）2=6.28×107NF2=E2·π/4·d2=100GPa×π/4×（25）2=4.91×107N∑MA=0－Fx+F2×2=0∑MC=0－F·(2－x)+F1×2=0Fx=11.19×107Nx=0.88(2)當(dāng)F=30kN時(shí)∑MA=0－F×0.88+F2×2=0∑MB=0－F·(2－x)+F1×2=0F1=1.68×104NF2=1.32×104N對桿1σ1=F1/(π/4·d12)=1.68×104/(π/4×202×10-6)=53.5MPa對桿2σ2=F2/(π/4·d22)=1.32×104/(π/4×252×10-6)=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/min的轉(zhuǎn)速傳遞331kW的功率。如[τ]=40MPa，[θ]=0.5°/m，G=80GPa，求軸的直徑。解：由強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)軸的直徑τmax=T/wt=16T/πd3＜[τ]T=9550p/n=9550×331／300=10.536kN·m∴d≥(16T/π[τ])1/2=[16×10536/(π×40×106)]=11.03(cm)由鋼度條件設(shè)計(jì)軸的直徑Dmax=T/GIp×180/π=32T/Gπd4×180/π≤[θ]d≥（32T/Gπ[θ]×180/π）1/2={32×10536×180/（80×109×0.5π）}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∑MA=0qa2/2+Me+FRB·2a=0FRB=－qa/4－Me/2a=－20×1/4－20/2×1=－15（kN）負(fù)號(hào)表示FRB實(shí)際方向與假設(shè)方向相反，即向下?！艶y=0，F(xiàn)RA+FRB－qa=0FRA=qa－FRB=20×1―（―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?yàn)镸C=0，故拋物線在C處應(yīng)與橫坐標(biāo)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(jì)算出MA=－qa2/2=－10（kN·m）MD左=Me+FRBa=20－15×1=5(kN·m)MD右=FRBa=－15×1=－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,|M|max=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(zhuǎn)角，[θ]=0.5°，試選定此軸的直徑。解：FA=FB=qL/2=9.8×2=19.6(kN)M(x)=qLx/2－qx2/2(0<x<L)Mmax=qL2/8=9.8×42/8=19.6(kN·m)∴WE≥Mmax/[σ]=19.6×103/100×106=196(cm3)選用20a工字鋼Ib=2370cm4=23.7×10－6梁得許用強(qiáng)度為[y]=L/1000=4000/1000=4(mm)而最大強(qiáng)度在在梁跨中心其值為[V]max=5qL4/384EI=5×9.8×103×44/384×206×109×23.7×10－6=6.7×10－3＞[y]此型號(hào)得工字鋼不滿足剛度條件要滿足剛度條件|V|max=5qL4/384EIE=5×9.8×103×44/384×206×109×IE＜[y]∴IE＞3964cm4應(yīng)選用25a號(hào)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(hào)工字鋼做的橫梁AB及拉桿BC組成。在橫梁AB的中點(diǎn)D有一個(gè)集中載荷F=25kN，已知材料的許用應(yīng)力[σ]=100MPa，試校核橫梁AB的強(qiáng)度。9、如圖所示鉆床，若F=15kN，材料許用拉應(yīng)力[σt]=35MPa，試計(jì)算圓立柱所需直徑d。解：（1）內(nèi)力計(jì)算由截面法可得力柱m-m橫截面上的內(nèi)力為：FN=F=15kN，M=Fe=15×0.4=6(kN·m)（2）按彎曲強(qiáng)度條件初選直徑d若直接用式（σmax，σmin）=FN/A±Mmax/W求解直徑d，會(huì)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(qiáng)度條件進(jìn)行截面設(shè)計(jì)，然后帶回式進(jìn)行強(qiáng)度校核。由σmax=M/W≤[σ]W=πd3/32≥M/[σ]有d≥(32M/π[σ])1/3=(32×6×103/π×35×106)1/3=120.4×10－3(m)取d=121mm（3）按偏心拉伸校核強(qiáng)度由式（σmax，σmin）=FN/A±Mmax/Wσmax=FN/A+M/W=15×103/（π/4）×1212×10－6+6×103/（π/32）×1213×10－9=35.8(MPa)＞[σt]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δn=22mm,若令焊接接頭系數(shù)φ=1.0，厚度附加量為C=2mm，試計(jì)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[σ]t=147MPa.解：取工作壓力等于設(shè)計(jì)工作壓力P=PCδe=δn－C=22－2=20P=2δe[σ]tφ/Di=2×20×147×1/10×103=0.588(MPa)11、乙烯儲(chǔ)槽，內(nèi)徑1600mm，厚度為δn=16mm，設(shè)計(jì)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(qiáng)度。解：[σ]t=170MPa取δe=δn－C=16－1.5=14.5mmφ=1[σ]=P·D/2δeφ≤[σ]=2.5×1600/2×14.5×1=138（MPa）＜170MPa故該設(shè)備強(qiáng)度足夠12、某化工廠反應(yīng)釜，內(nèi)徑為1600mm，工作溫度為5~105°C，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(jì)筒體和封頭的厚度。解：PC=1.6MPaDi=1600mm[σ]t=137MPaφ=0.8對于圓筒δ=PC·Di/2[σ]2－PC=1.6×1200/2×137×0.8－1.6=8.79mmC=C1+C2=0.8+1.0=1.8δn=δ+C=8.79+1.8=10.59圓整σn=12mm封頭δ=PC·Di/2[σ]2－0.5PC=1.6×1200/2×137－0.5×1.6=8.76mm封頭應(yīng)與筒體同樣的厚度圓整δn封=δn筒=12mm13、今欲設(shè)計(jì)一臺(tái)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(biāo)準(zhǔn)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σs=235MPa,σb=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(jì)使用年限為10年，試設(shè)計(jì)該容器筒體及封頭厚度。解：材料為Q235-Bσs=235MPaσb=370MPaC2=1mm[σ]t=113MPaP=PC=1.6MPaφ=0.8C1=0.8mm鋼板的厚度δn=PC·Di/2[σ]tφ－PC=1.6×1200/2×113×0.8－1.6=10.7mmδn=δ+C1+C2=12.5mm圓整δn=14mm封頭δn=PC·Di/2[σ]tφ－0.5PC=1.6×1200/2×113×0.8－0.5×1.6=10.67mm封頭應(yīng)取筒體相同的直徑δn封=δn筒=14mm14、已知V帶傳動(dòng)的功率P=5.5kW，小帶輪基準(zhǔn)直徑D1=125mm，轉(zhuǎn)速n1=1400r/min，求傳動(dòng)時(shí)帶內(nèi)的有效拉力Fe。解：Fe=1000·P/VV1=πD1n1/60×1000=3.14×125×1440/60×1000=9.42m/sFe=1000×5.5/9.42=583.8N15、已知一V帶傳動(dòng)，小帶輪基準(zhǔn)直徑D1=140mm，大帶輪基準(zhǔn)直徑D2=355mm，小帶輪轉(zhuǎn)速n1=1400r/min，滑動(dòng)率ε=0.02，試求由于彈性滑動(dòng)在5min內(nèi)引起的大帶輪轉(zhuǎn)數(shù)的損失。解：有滑動(dòng)時(shí)傳動(dòng)比i=n1/n2=D2/D1(1―ε)=355/140(1―0.02)=2.587n2=n1/i=556轉(zhuǎn)/分沒有滑動(dòng)時(shí)n2·n2=n1·D1/D2=568轉(zhuǎn)/分5分鋼損失的轉(zhuǎn)數(shù)=(568－556)×5=60轉(zhuǎn)16、已知一正常齒制標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪α=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分=mz=5×50=250mmD頂=m(z＋2)=5×52=260mmD基=D根cosα=m×(z－2.5)cos20=5×(50－2.5)×cos20=213.75mm17、有一標(biāo)準(zhǔn)阿基米德蝸桿傳動(dòng)，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(jì)算主要幾何尺寸。解：齒距p=px1=pt2=πm=π×5=15.708(mm)齒頂高h(yuǎn)a=m=5(mm)齒根高h(yuǎn)f=1.2m=1.2×5=6(mm)齒高h(yuǎn)=ha＋hf=5＋6=11(mm)蝸桿分度圓直徑d1=50(mm)（已知）蝸桿齒頂圓直徑da1=d1＋2ha=50＋2×5=60(mm)蝸桿齒根圓直徑df1=d1―2hf=50―2×6=38(mm)蝸桿導(dǎo)程角γ=arctan(mz1/d1)=arctan(5×1/50)=5°42′38″蝸桿螺旋部分長度b1≥(11＋0.06z2)m=(11+0.06×30)×5=64(mm)蝸輪分度圓直徑d2=mz2=5×30=150(mm)蝸輪喉圓直徑da2=d2＋2ha=150＋2×5=160(mm)蝸輪外圓直徑de2≤da2＋2m=160＋2×5=170(mm)中心距a=d1+d2