化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要

化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要2023/12/26化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要

說明：以下只是學(xué)完該課程后需要同學(xué)們應(yīng)該掌握的重點部分，如果有精力，盡量系統(tǒng)復(fù)習(xí)。2化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要第一篇工程力學(xué)部分一、基本概念

1、工程力學(xué)是一門研究物體機械運動以及構(gòu)件強度、剛度和穩(wěn)定性的科學(xué)。即研究構(gòu)件在外力作用下變形和破壞的規(guī)律，為設(shè)計構(gòu)件選擇合適的材料和尺寸，以保證能夠達(dá)到強度、剛度和穩(wěn)定性的要求。2、要想物體在外力的作用下能夠安全可靠的工作，則需要滿足以下三個力學(xué)條件：強度條件：強度是指構(gòu)件抵抗破壞的能力；剛度條件：剛度是指構(gòu)件抵抗變形的能力；穩(wěn)定性條件：穩(wěn)定性是指構(gòu)件保持原有平衡形態(tài)能力。3化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要3.在化工、制藥行業(yè)，產(chǎn)品生產(chǎn)中所使用的任何機器或設(shè)備的零部件，為了保證設(shè)備、機械的正常運行，在設(shè)計時各零部件應(yīng)該滿足：

適用、安全和經(jīng)濟三個條件。4.當(dāng)載荷以不同方式作用在桿件上時，桿件將產(chǎn)生不同的變形。桿件的變形形式有以下五種形式：拉伸、壓縮、彎曲、剪切和扭轉(zhuǎn)。5.力偶的定義：第一篇工程力學(xué)部分4化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要7、掌握平面力系的平衡條件：8、掌握直桿拉伸與壓縮的受力特點9、掌握直梁彎曲的受力特點和變形特點10、梁的彎曲強度條件：11.可以解決三類工程問題：強度校核、截面尺寸計算、確定許用載荷二、計算部分:1、掌握給定壓力、材料許用應(yīng)力，會進行強度校核、計算桿件、梁的截面尺寸。2、對于受集中載荷或均布載荷的簡支梁，會計算支座反力、任何截面的剪力和彎矩，并會繪制、剪力圖、彎矩圖?；C械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要

例題1：一根直徑d=5mm圓截面桿，承受軸向拉力P=30KN，該桿件材料許用應(yīng)力。試校核活塞桿的強度。解：所以活塞桿所承受的外載荷:由此可知：該圓截面桿強度不滿足?；C械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要工程力學(xué)計算題

例題2：一圓形截面梁受力如圖所示，已知a=2m,集中力P等于4KN,材料的許用應(yīng)力[σ]=120MPa。（1）求支座反力；（2）繪制梁的彎矩圖；（3）設(shè)計截面直徑d。7化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要解：（1）求支座反力。首先該梁A端為固定鉸鏈支座，B端為滑動鉸支座，梁上承受兩個集中力。根據(jù)平衡條件：∑Fy=0；∑mA(F)=0RA+RB=3P；P*a+2P.3a=RB.4a求方程組得：RA=5KN;RB=7KNABCDP2Pa2aa8化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要(2)繪制梁的彎矩圖。首先將該梁分為AC、CD、DB三段，分別在此三段梁上用假想平面截開，以A點為坐標(biāo)原點，分別計算各段截面上的彎矩方程：AC段：M1=RA.x=5x為一條直線方程（0≤x≤a）CD段：M2=RA.x-P（x-a）=5x–1（a≤x≤3a）M2=RA.x-P（x-a）=x+4DB段：M3=RA.x–P（x–a）–2P（x-3a）（3a≤x≤4a）M3=-7x+28根據(jù)彎矩方程繪制彎矩圖，如右圖所示。9化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要

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（3）設(shè)計截面直徑d。從該梁彎矩圖上可以看出，該梁上最大彎矩值為7KNm。根據(jù)彎曲強度條件，該梁截面上最大彎曲應(yīng)力σmax=7×106/wz,對于圓形梁來說，wz=∏D3/32，帶入上述公式可得出：D=84.06mm取桿件直徑為84mm,【或圓整D=85mm】。化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要例3簡支梁受集度為q的均布載荷作用，畫出此梁的剪力圖和彎矩圖

工程力學(xué)計算題12化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要例4：一臥式貯耀，內(nèi)徑為Di1500mm，壁厚10mm，封頭高H=450mm；支座位置如圖，筒體長L=6000mm，鞍座中心與封頭環(huán)焊縫距離a=1000mm。內(nèi)貯乙醇液體，包括貯罐自重在內(nèi)，可簡化為單位長度上的均布載荷q=20N／mm簡化圖如(b)，求罐體上的最大彎矩。

工程力學(xué)計算題13化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要工程力學(xué)計算題解：根據(jù)梁的平衡條件：首先根據(jù)力的平衡條件求得支座反力FA、FB：q×(L+2a+H4/3)=FA/2+FB/2,=280(KN)由此可以推出：FA=FB=140kN14化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要工程力學(xué)計算題用截面法列彎矩方程：根據(jù)力的平衡條件：q.x=Q1，推出：Q1=20x根據(jù)彎矩平衡條件：-M1+q.x.x/2=0，M1=q.x2/2

由此可以繪制該梁接近端部的彎矩圖：最大彎矩為A點處：-16.9kN.mmmQqxM1CCA15化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要用截面法列彎矩方程：根據(jù)力的平衡條件：FA-q.x=Q2，推出：Q2=140-20x根據(jù)彎矩平衡條件：-M2+Q2(x-1.3)-q（x-1.3).(x-1.3)/2+q×1.3×0.65=0，M2=-30x2+192x-182,當(dāng)X=4.3米時彎矩最大，代入求得：兩支點區(qū)域最大彎矩為：88.9kN.m

由此可以繪制該梁接近端部的彎矩圖：Q2x1300M2FAAC工程力學(xué)計算題16化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要例5：一石油分餾塔總高位20米，作用在塔上的風(fēng)載荷分兩段計算，q1=420N/m,q2=600N/m,塔的內(nèi)徑為1m,壁厚6mm,塔與基礎(chǔ)的連接方式可以看成固定端。塔體的[σ]=100MP.校核風(fēng)載荷引起的塔體內(nèi)的最大彎曲應(yīng)力。工程力學(xué)計算題17化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要

解：將塔看成是一段懸臂梁，受均布載荷q1=420N/m,q2=600N/m,那么其彎矩圖為右圖所示：其最大彎矩為Mmax為：Mmax=q1H1H1/2+q2H2(H1+H2/2)帶入數(shù)據(jù)可得:化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要

Mmax=q1H1H1/2+q2H2(H1+H2/2)=420X10X10/2+600X10(10+10/2)=111X103Nm塔作為圓環(huán)截面,內(nèi)徑d=1m,塔體壁厚為δ=6mm,那么其外徑為1.012mm.對于薄壁圓柱形容器和管道，其橫截面的抗彎截面模量為：Wz=∏X(D4-d4)/(32xD)=∏X(D2+d2)X(D2-d2)

/(32xD)=∏X(D2+d2)X(D+d)X(D-d)/(32xD)因為：D-d=2δ；D+d≈2d；(D2+d2)/D≈2d所以：Wz=2δX2d

X2d

X∏/32=δ

d2

∏/4化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要Wz=δXd2

X∏/4=6X10002X∏/4=4.7X106mm3Wz=4.7X106mm3=4.7X10-3m3那么塔體因風(fēng)載荷引起的最大彎曲應(yīng)力為：σmax=Mmax/Wz=111X103Nm/4.7X10-3m3

=23.6MPaσmax<[σ]=100MPa.化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要第二篇材料與焊接1、化工設(shè)備選材的重要性和復(fù)雜性①.操作條件的限制②.制造條件的限制③.材料自身性能的限制2、化工裝備選材要考慮的問題：化工生產(chǎn)特點是高溫、高壓、易燃、易爆，介質(zhì)腐蝕性強，所以選材時高溫設(shè)備要考慮其強度及高溫條件下的組織的穩(wěn)定性，接觸腐蝕性介質(zhì)的材料要考慮其防腐性，對于頻繁開停的設(shè)備要考慮材料的疲勞，在低溫下工作的設(shè)備要考慮其低溫冷脆問題。21化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要

3、材料的力學(xué)性能指標(biāo)：衡量材料力學(xué)性能的指標(biāo)有強度、硬度、彈性、塑性、韌性等。4、材料的加工工藝性能： 加工工藝性能包括鑄造性、鍛造性、焊接性和切削加工性等。這些性能直接影響化工設(shè)備和零部件的制造工藝方法和質(zhì)量，因此加工工藝性能是化工設(shè)備選材時必須考慮的因素。第二篇材料與焊接22化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要第二篇材料與焊接5、鐵碳合金應(yīng)如何劃分歸類？含碳量在0.02％～2％的稱為鋼；大于2％的稱為為鑄鐵，小于0.02％時，稱為工業(yè)純鐵。純鐵和含碳量大于4.3％的鑄鐵在工程上很少應(yīng)用。6、金屬材料的熱處理的方法：

熱處理表面熱處理普通熱處理表面淬火化學(xué)熱處理退火正火淬火回火23化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要第二篇材料與焊接金屬材料的熱處理工藝路線圖：24化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要7、正火與退火的主要區(qū)別：正火與退火的主要區(qū)別在于冷卻速度不同。正火的冷卻速度比退火快，奧氏體轉(zhuǎn)變溫度較低，組織中珠光體量增多，且珠光體比較細(xì)，因此，強度和硬度提高。鑄、鍛件切削加工前一般進行退火或正火。第二篇材料與焊接25化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要8、普通碳素鋼中含有的雜質(zhì)元素： 除含碳以外，碳鋼中的雜質(zhì)元素有Mn、Si、S、P、O、N、H等。這些雜質(zhì)是由礦石及冶煉過程中帶入的，對鋼材性能有一定影響：

S引起“熱脆”、P引起“冷脆”、O降低鋼的強度、塑性。有害元素。Mn使鋼的強度提高、Si有助于脫氧，有益元素。第二篇材料與焊接26化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要9、新國標(biāo)對常見鋼的牌號表示方法及符號的規(guī)定：

Q235-AF中各字母、數(shù)字的意義：

Q：鋼材屈服點“屈”字漢語拼音首位字母； 235：此鋼的屈服極限為235MPa；

A：質(zhì)量等級。共有A、B、C、D四個等級；其中 Q195和Q275不分等級，Q215和Q255分A、B 兩個等級，Q235分四個等級第二篇材料與焊接27化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要

0Cr13含碳量小于0.08%，含鉻13%

0Cr18Ni9：含碳量小于0.08%，含鉻18%，含鎳9%0Cr18Ni18Mo2Cu2Ti：

10、金屬材料在焊接厚板時必須在焊接接頭處開適當(dāng)?shù)钠驴?，坡口的主要作用是什么?/p>

第二篇材料與焊接28化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要11、對焊接接頭進行必要的檢驗是保證焊接質(zhì)量的重要措施，常用的焊接的檢驗方法有哪些？外觀檢查、無損探傷、水壓試驗和氣壓試驗、焊接接頭的力學(xué)性能試驗

12、焊縫的缺陷可分為內(nèi)部缺陷和外部缺陷：內(nèi)部缺陷：未焊透、夾渣、氣孔、裂紋等外部缺陷：焊縫過高、焊縫過凹、焊縫咬邊、焊瘤、燒穿第二篇材料與焊接29化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要13、在鋼材焊縫邊緣開坡口的目的是什么？14、壓力容器焊縫的接頭型式有哪些15、壓力容器筒體上縱焊縫與環(huán)焊縫那個更危險（更容易開裂）？為什么。16、在和焊接工件時，如果兩塊對接焊接時厚度不相等，在接口處應(yīng)如何處理？并手繪接口圖表示。第二篇材料與焊接30化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要

1、壓力容器按照設(shè)計壓力劃分等級第三篇容器設(shè)計容器分類設(shè)計壓力p（MPa）低壓容器0.1≤p＜1.6中壓容器1.6≤p＜10高壓容器10≤p＜100超高壓容器p≥100一、概念部分31化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要

2、壓力容器按照管理等級可以分為三類：會判斷容器類別：（舉例如下）

1）φ2000mm長度為6000mm的液氨儲罐;2）p為4MPa的劇毒介質(zhì)容器;3）p為10MPa，V為800L的乙烯儲罐。4）工作壓力為23.5Mpa的尿素合成塔第三篇容器設(shè)計32化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要3、內(nèi)壓薄壁容器的劃分依據(jù)：根據(jù)容器外徑DO與內(nèi)徑Di的比值K來判斷，當(dāng)K≤1.2為薄壁容器K＞1.2則為厚壁容器4、薄壁圓筒受內(nèi)壓環(huán)向應(yīng)力與軸向應(yīng)力的大小比較：筒體上開橢圓孔，如何開孔？

5、壓力容器筒體上，縱焊縫與環(huán)焊縫那個易開裂？為什么？第三篇容器設(shè)計33化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要6、壓力容器立式容器和臥式容器支座型式：臥式：鞍座、圈座、支腿立式：耳式支座、支承式支座、裙式支座

各支座在校核載荷時如何確定數(shù)量？第三篇容器設(shè)計34化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要7、壓力容器封頭類型：碟形封頭與橢圓形封頭的內(nèi)應(yīng)力分布特點對比第三篇容器設(shè)計35化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要7.1、受內(nèi)壓的錐形封頭與球形封頭其內(nèi)應(yīng)力分布特點？7.2、為什么壓力容器很少采用平板封頭？7.3壓力容器在設(shè)計時有時會考慮邊緣應(yīng)力，邊緣應(yīng)力的特點有哪些？7.4壓力容器開孔補強，為什么接管直徑較小時可以不用補強？7.5壓力容器補強形式有哪些類型？第三篇容器設(shè)計36化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要8、影響法蘭密封的因素主要有哪些:

、螺栓預(yù)緊力；、密封面型式（特征）；、墊片密封性能；、法蘭剛度和螺栓剛度；、操作條件的影響。第三篇容器設(shè)計37化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要9、壓力容器和管道中常用的法蘭密封面型式：突面、凹凸面、榫槽面（各適用場合）10、根據(jù)工作條件選取標(biāo)準(zhǔn)法蘭：法蘭公稱壓力：與最大操作壓力、操作溫度以及材料有關(guān)。見下面法蘭標(biāo)準(zhǔn)局部：第三篇容器設(shè)計38化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要第三篇容器設(shè)計給定法蘭的工作溫度、工作壓力根據(jù)下表會選用法蘭。如工作溫度280℃，工作壓力為0.9MPa,應(yīng)選用那種法蘭？39化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要

二、計算題1、內(nèi)壓容器計算：例題1-1：某化工廠欲設(shè)計一臺石油氣分離工程中的乙烯精餾塔。工藝要求為塔體內(nèi)徑Di=600mm；設(shè)計壓力p＝2.2MPa；工作溫度t＝-3～-20℃。試選擇塔體材料并確定塔體厚度。解析：由于石油氣對鋼材腐蝕不大，溫度在-20℃以上，承受一定的壓力，故選用16MnR。根據(jù)式(10-12)第三篇容器設(shè)計40化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要第三篇容器設(shè)計

δd為設(shè)計厚度式中p＝2.2MPa；Di=600mm；[s]＝170MPaj=0.8(已知)；C2=1.0mm

得：41化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要第三篇容器設(shè)計考慮鋼板厚度負(fù)偏差C1＝0.6mm圓正取dn=7mm水壓試驗時的應(yīng)力校核：

42化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要16MnR的屈服限σs=345MPa（附錄表6）43化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要第三篇容器設(shè)計

2、外壓容器計算：例題：有一臺聚乙烯聚合釜，外徑1580mm，高7060mm，壁厚llmm，材質(zhì)為0Crl8Ni9，試確定釜體的最大允許外壓力。(設(shè)計溫度為200℃。)

解：首先判斷外壓圓筒的臨界長度Lcr,Lcr=1.17Do√Do/δe,Do=1580mm,

δe=11-0.8=10.2(mm).Lcr=1.17×1580√1580/10.2=23007.6mm,Lcr大于筒體高度，所以屬于短圓筒。44化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要第三篇容器設(shè)計根據(jù)短圓筒臨界壓力計算公式得：Pcr=2.59Et(δe/Do)2.5/（L/Do）Et=1.84×105Mpa,帶入上式得：Pcr=2.59×1.84×105×（10.2/15802.5/(7060/1580)Pcr=0.36Mpa。取安全系數(shù)為m=3,則【P】=Pcr/m=0.119Mpa.∴聚合釜的最大允許外壓力為0.119MPa45化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要第四篇機械傳動與減速器計算題

一對齒輪傳動裝置，已知模數(shù)m,大小齒輪的齒數(shù)z1，z2,會計算傳動比、兩輪的分度圓直徑，齒頂圓直徑、齒根圓直徑、中心距、齒厚、齒距、齒槽寬。46化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要

一、概念部分：1、帶傳動的特點：由于帶具有彈性與撓性，故可緩和沖擊與振動，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音小?？捎糜趦奢S中心距較大的傳動。由于它是靠摩擦力來傳遞運動的，當(dāng)機器過載時，帶在帶輪上打滑，故能防止機器其它零件的破壞。結(jié)構(gòu)簡單，便于維修。

第四篇機械傳動與減速器47化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要帶傳動在正常工作時有滑動現(xiàn)象，它不能保證準(zhǔn)確的傳動比。另外，由于帶摩擦起電，不宜用在有爆炸危險的地方，這在化工廠中有爆炸危險的車間應(yīng)特別注意。帶傳動的效率較低（與齒輪傳動比較），約為87%～98%。第四篇機械傳動與減速器48化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要2、帶傳動彈性滑動與打滑的區(qū)別：

彈性滑動：工作時，帶兩邊拉力不相等，帶兩邊彈性變形也不相等，由此引起的帶與輪之間局部而微小的相對滑動稱為彈性滑動，彈性滑動是靠摩擦力工作的帶傳動不可避免的物理現(xiàn)象。打滑：帶所傳遞的圓周力超過帶與帶輪接觸面間的極限摩擦力時，帶就會沿著輪面發(fā)生全面滑動。第四篇機械傳動與減速器49化工機械基礎(chǔ)課程復(fù)習(xí)概要3、齒輪傳動的特點：優(yōu)點：效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、壽命長、傳動比穩(wěn)定。

缺點：齒輪傳動的制造及安裝精度要求高，價格較貴，且不宜用于傳動距離過大的場合。

4、齒輪輪齒的失效形式：輪齒折斷、齒面磨損、齒面點蝕、齒面膠合第四篇機械傳動與減速器50化