化工设备机械基础复习及答案.doc

1、1化工设备机械基础复习题一、填空题1、强度是指构件抵抗破坏的能力。2、刚度是指构件抵抗变形的能力。3、稳定性是指构件保持原有平衡状态的能力。4、如物体相对于地球静止或作匀速运动，则称物体处于平衡状态。5、物体受外力作用变形时，其内部各部分之间因相对位置改变而引的相互作力称为内力6、脆性材料的安全系数一般取得比塑性材料要大一些。7、在轴向拉伸或压缩时，杆件不但有纵向变形，同时横向也发生变形。8、扭转是杆件的又种变形方式。9、=Gr 称为剪切虎克定律。10、弯曲是工程实际中最常见的一种基本变形形式。11、简支梁是梁的一端为固定铰支座，另一端为可动。12、外伸梁是简支梁的一端或两端伸出支座之外。13

2、、悬臂梁是梁的一端固定，另一端自由。14、最大拉应力理论又称第一强度理论。15、最大伸长线应变理论又称第二强度理论。16、最大剪应力理论又称第三强度理论。17、形状改变比能理论，又称第四强度理论。18、构件在工作时出现随时间作周期变化的应力称为交变应力。19、硬度是用来衡量固体材料软硬程度的力学性能指标。20、裂纹构件抵抗裂纹失稳扩展的能力称为断裂韧性。21、化工设备的密封性是一个十分重要的问题。22、化工设备的耐久性是根据所要求的使用年限来决定。23、发生边缘弯曲的原因是由于薄膜变形不连续。24、当 q/b= 2时为标准型椭圆形封头。25、圆柱壳体的环向应力为 =PD/226、球形壳体的环向

3、应力为 =PD/427、d 是圆筒的设计厚度。28、 是圆筒的计算厚度。29、有效厚度 e=+30、凸形封头包括半球形封头椭圆形封头、碟形封头、球冠形封头四种。31、碟形封头由以 Ri 为半径的球面，以 r 为半径的过度弧高度为 h0 的直边三部分组成。32、锥形封头在同样条件下与凸形封头比较，其受力情况较差。33、球冠形封头在多数情况下用作容器中两独立受压室的中间封头。34、刚性圆筒，由于它的厚径比 e/D 0 较大，而长径比 L/D0较小，所以一般不存在因失稳破坏的问题。35、加强圈应有足够的刚性，通常采用扁钢、角钢、工字钢或其它型钢组成。36、卧式容器的支座有鞍座圈座和支腿三种。37、立

4、式容器有耳式支座、支承式支座腿式支座和裙式支座四种。38、法兰按其整体性程度可分为松式法兰、整体法兰和任意式法兰三种。239、国家标准中的手孔的公称直径有DN150和 DN250 两种。40、平带一般由数层帆布粘合而成并用接头连接成环形带。41、V 带的横截面为等腰梯形 ，其工作面是与轮槽相接触的两侧面。二、问答题1、构件在外力作用下，安全可靠地进行工作应满足哪些力学条件？答：（1）强度条件； （2）刚度条件； （3）稳定性条件2、常见典型平面约束有几种？答：（1）柔索约束，如绳子、链条、皮带、钢丝等（2）理想光滑面约束（3）圆柱铰链约束3、材料力学对变形固体作了哪些假设？答：（1）连续性假设

5、 （2）均匀性假设 （3）各向同性假设4、提高梁弯曲强度和刚度的措施？答：（1）合理安排梁的受力情况（2）选择合理的截面形状5、引构件产生交变应力的原因有哪些？答：（1）载荷作周期性变化 （2）载荷不变化，但构件作某些周期性运动6、提高构件疲劳强度的措施？答：（1）减缓应力的集中 （2）降低表面粗糙度 （3）增加表面强度7、化工容器零部件标准化的意义是什么？答：标准化是组织现代化生产的重要手段，实现标准化，有利于成批生产，缩短生产周期，提高产品质量，降低成本，从而提高产品的竞争力，实现标准化，可以增加零部件的互换性，有利于设计、制造、安装和维修，提高劳动生产率。标准化为组织专业生产提供了有利条

6、件。有利于合理利用国家资源，节省材料等。标准化的基本参数公称直径、公称压力。8、从容器的安全、制造、使用等方面说明对化工容器机械设计有哪些基本要求？答（1）强度 （2）刚度 （3）稳定性 （4）耐久性 （5）密封性 （6）节省材料和便于制造 （7）方便操作和便于运输：9、轴对称回转壳体薄膜理论的应用范围？答：（1）回转壳体曲面在几何上是轴对称的壳体厚度无实变。曲率半径连续变化的、材料均匀、连续且各向同性。（2）载荷在壳体曲面上的分布是轴对称和连续的没有突变情况（3）壳体边界应该是自由。（4）壳体在边界上无横向剪力和弯矩。10、压力试验的种类？答：（1）液压试验 （2）气压试验 （3）气密试验1

7、1、在简体与锥形封头连接时，可采用哪两种方法来降低连接处的边缘应力？答：（1）使联接处附近的封头及筒体厚度增大，即采用局部加强的方法（2）在封头与筒体间增加一个过渡圆弧，则整个封头由锥体过渡弧及高度为 h0的直边三部分组成。12、影响外压容器临界压力的因素有哪些？3答：（1）筒体的几何尺寸的影响（2）筒体材料性能的影响（3）筒体椭圆度和材料不均匀的影响13、为安全，可拆连接、法兰必须满足哪些基本要求？答：（1）有足够的刚度（2）有足够的强度（3）能耐腐蚀（4）成本廉价14、带传动的优缺点？答：优点 （1）适用于两轴中心距较大的传动（2）带具有良好的弹性，可以缓和冲击和吸收振动（3）过载时，带在

8、轮上打滑，可防止其他零件损坏（4）结构简单，加工和维护方便，成本低廉缺点 （1）传动的外廓尺寸较大（2）不能保证固定不变的传动比（3）带的寿命短（4）传动效率较低等15、轮齿失效有哪几种形式？答：（1）轮齿的折断 （2）齿面的点蚀 （3）齿面磨损 （4）齿面胶合 （5）齿面塑性变形16、滚动轴承的主要失效形式是什么？答：在正常使用情况下，只要选择，安装，润滑，维护等方面都考虑周到。绝大多数轴承因滚道或滚动表面疲劳点蚀而失效。当轴承不回转，缓慢摆动或低速转动时，一般不会产生疲劳损坏。但在很大的静载荷作用下，会使轴承滚道和滚动体接触处的局部应力超过材料的屈服极限，出现表面塑性变形不能正常工作。此外

9、，由于使用维护和保养不当或密封润滑不良等因素，也能引起轴承长期磨损、胶合等不正常失效现象。三、计算题1、用三轴钻床在水平工件上钻孔时，每个钻头对工件施加一个力偶（如图） 。已知三个力偶的矩分别为：M 1=1kNm；M 2=1.4kNm；M 3=1kNm，固定工件的两螺栓 A 和 B与工件成光滑面接触，两螺栓的距离 l=0.2m，求两螺栓受到的横向力。 解：据 M=FdM=M1+M2+M3=1+1.4+2=4.4kNmF=M/d=4.4/0.2=22kN答：两螺栓受到的横向力为 22kN2、如图所示，有一管道支架 ABC。A、B 、C 处均为理想的圆柱形铰链约束。以知该支架承受的两管道的重量均为

10、 G=4.5kN，图中尺寸均为 mm。试求管架中梁 AB 和 BC 所受的力。解：梁 AB 的受力图Fy4Fx FN1 FN2A BFB Fx=0 Fx+FBcos45=0Fy=0 Fy1F N1F N2F Bcos45=0M A=0 Fy10F N10.4F N21.12F Bcos451.12=0F B=9.67kN Fx=6.84 Fy=2.16杆 BC 的受力图F B FAFC=F B=FB=9.673 如图（a）表示齿轮用平键与轴连接，已知轴直径 d=70mm ，键的尺寸为hl=20mm 12mm100mm，传递的扭转的扭转力偶矩 M=2kNm，键的许用切应力 =60MPa， p=1

11、00MPa，试校核键的强度。 5先校核键的剪切强度。将平键沿 n-n 截面分成两部分，并把 n-n 以下部分和轴作为一整体来考虑（图 b） ，对轴心取矩，由平衡方程M 0=0，得FS(d/2)=M, FS=2M/d=57.14(kN)剪切面面积为 A=l=20100=2000mm 2，有=F S/A=57.14103/2000106 =28.6(MPa)可见平键满足剪切强度条件。其次校核键的挤压强度。考虑键在 n-n 截面以上部分的平衡（图 c） ，则挤压力F=FS=57.14kN，挤压面面积 AP=hl/2，有 p=F/Ap=57.14103/6100106 =95.3(MPa) p故平键也

12、满足挤压强度条件。4、如图所示结构中梁 AB 的变形及重量可忽略不计。杆 1 为钢制圆杆，直径d1=20mm,E1=200;杆 2 为铜制圆杆，直径 d2=25mm,E2=100GPa。试问：（1）载荷 F 加在何处，才能使梁 AB 受力后仍保持水平？（2）若此时 F=30kN，求两拉杆内横截面上的正应力。杆 1 的拉力 F1 杆 2 的拉力 F2F1=E1/4 d2=200GPa /4（20） 2=6.28107NF2=E2/4 d2=100GPa /4（25） 2=4.91107NM A=0 Fx+F 22=0M C=0 F(2x)+F 12=0Fx=11.19107N x=0.886(2

13、) 当 F=30kN 时M A=0 F0.88+F 22=0M B=0 F(2x)+F 12=0F1=1.68104N F2=1.32104N对杆 1 1=F1/(/4d 12)=1.68104/(/420 210-6)=53.5MPa对杆 2 2=F2/(/4d 22)=1.32104/(/425 210-6)=26.9MPa杆 1 的正应力为 53.5MPa杆 2 的正应力为 26.9MPa5、以圆轴以 300r/min 的转速传递 331kW 的功率。如=40MPa，=0.5/m，G=80GPa，求轴的直径。解： 由强度条件设计轴的直径 max=T/wt=16T/d 3T=9550p/n

14、=9550331300=10.536kNm d(16T/) 1/2=1610536/(4010 6)=11.03(cm)由钢度条件设计轴的直径Dmax=T/GIp180/=32T/Gd 4180/d（32T/G180/ ） 1/2=3210536180/（8010 90.5）1/2=11.13(cm)取 d11.13cm6、一外伸梁受均布载荷和集中力偶作用，如图所示（见答案） ，试作此梁的剪力图和弯矩图。解：（1）求支反力取全梁为研究对象，由平衡方程M A=0 qa2/2+Me+FRB2a=0FRB=qa/4 M e/2a=201/420/2 1=15（kN）负号表示 FRB 实际方向与假设方

15、向相反，即向下。Fy=0 ， FRA+ FRBqa=0FRA=qaF RB=201（15）=35（kN）（2）作剪力图根据外力情况，将梁分为三段，自左至右。CA 段有均布载荷，剪力图为斜直线。AD和 DB 段为同一条水平线（集中力偶作用处剪力图无变化） 。A 截面左邻的剪力 FSA 左= 20kN，其右邻的剪力 FSA 右 =15kN，C 截面上剪力 FSC=0，可得剪力图如图（b） 。由图可见，在 A 截面左邻横截面上剪力得绝对值最大， |FS|max=20kN7(3)作弯矩图CA 段右向下的均布载荷，弯矩图为二次抛物线；在 C 处截面的剪力 FSC=0，故抛物线在 C 截面处取极值，又因为

16、 MC=0，故抛物线在 C 处应与横坐标轴相切。 AD、DB 两段为斜直线；在 A 截面处因有集中力 FRA，弯矩图有一折角；在 D 处有集中力偶，弯矩图有突变，突变值即为该处集中力偶的力偶矩。计算出 MA= qa2/2=10（kN m） MD 左=Me+FRBa=20 151=5(kNm) MD 右 =FRBa=151=15(kNm)，M B=0,根据这些数值,可作出弯矩图如图(C).由图可见 ,D 截面右邻弯矩的绝对值最大 ,|M|max=15(kNm)。7、钢轴如图所示，已知 E=80GPa，左端轮上受力 F=20kN。若规定支座 A 处截面的许用转角，=0.5，试选定此轴的直径。解：F

17、 A=FB=qL/2=9.82=19.6(kN)M(x)=qLx/2qx 2/2 (0xL)Mmax=qL2/8=9.842/8=19.6(kNm) WE Mmax/=19.610 3/100106=196(cm3)选用 20a 工字钢 Ib=2370cm4=23.7106梁得许用强度为y=L/1000=4000/1000=4(mm)而最大强度在在梁跨中心其值为Vmax=5qL4/384EI=59.810344/38420610923.7106=6.7103 y此型号得工字钢不满足刚度条件要满足刚度条件| V|max=5qL4/384EIE=59.810344/384206109IEy IE3

18、964cm 4 应选用 25a 号工字钢满足钢度条件。8、如图所示（见答案）为一能旋转的悬臂式吊车梁，有 28 号工字钢做的横梁 AB 及拉杆 BC 组成。在横梁 AB 的中点 D 有一个集中载荷 F=25kN，已知材料的许用应力=100MPa，试校核横梁 AB 的强度。899、如图所示钻床，若 F=15kN，材料许用拉应力 t=35MPa，试计算圆立柱所需直径 d。解：（1）内力计算由截面法可得力柱 m-m 横截面上的内力为：FN=F=15kN ，M=F e=150.4=6(kNm)（2）按弯曲强度条件初选直径 d若直接用式（ max， min）=F N/AMmax/W 求解直径 d，会遇到

19、三次方程的求解问题，使求解较为困难。一般来说，可先弯曲正应力强度条件进行截面设计，然后带回式进行强度校核。由 max=M/W 10W =d 3/32M /有 d(32M/) 1/3=(326103/3510 6)1/3=120.4103 (m)取 d=121mm （3）按偏心拉伸校核强度由式（ max， min）=F N/AMmax/W max=FN/A+M/W=15103/（/4 ）121 2106 +6103/（/32）121 3109=35.8(MPa) t最大拉应力超过许用拉应力 2.3%，但不到 5%，在工程规定的许可范围内，故可用。所以取圆立柱直径 d=121mm 10、某球形内薄

20、壁容器的最大允许工作压力 Di=10m，厚度为 n=22mm,若令焊接接头系数 =1.0，厚度附加量为 C=2mm，试计算该球形容器的最大允许工作压力。已知钢材的许用应力 t=147MPa.解：取工作压力等于设计工作压力 P=PC e= nC=222=20P= 2 e t/D i=2201471/10103=0.588(MPa)11、乙烯储槽，内径 1600mm，厚度为 n=16mm，设计压力 p=2.5MPa，工作温度t= 35C，材料为 16MnR，双面对接焊，局部探伤，厚度附加量 C=1.5mm，试校核强度。解： t=170MPa取 e= nC=16 1.5=14.5mm =1=P D/2 e=2.51600/214.51=138（MPa ）170MPa故该设备强度足够12、某化工厂反应釜，内径为 1600mm，工作温度为 5105C，工作压力为 1.6MPa，釜体材料选用 0Gr18Ni10Ti。焊接采用对接焊，局部无损探伤，椭圆封头上装有安全阀，