1、课 程 教 案2012 2012 学年第 1 学期课 程 编 号 07023205 课 程 名 称 化工机械与设备 主 讲 教 师职 称系 (部) 名称 化学化工系课程编号 07023205 课程名称 化工机械与设备 课程类型公共必修课（ ） 专业必修课（ ）专业限选课（ ） 专业选修课（ ）公共选修课（ ）总学时/学期学时 52/52 总学分/学期学分 4/4 学时分配 课堂讲授学时：52 实验（实践）学时：0 授课学生系别/专业班级/人数化学化工系/2010 级煤炭深加工与利用专科 1 班，2010 级煤炭深加工与利用专科 2 班/共 70 人考核方式 考试（ ） 考查（ ）教材名称 化工
2、设备机械基础教学参考书1 汤善甫、朱思明主编 . 化工设备机械基础，华东化工学院出版社，2004 年.2 陈经梅主编 . 化工轻工机械设计基础，浙江大学出版社，1999年.3 赵军主编 . 化工设备机械基础，化学工业出版社，2002 年.4 陈国桓主编 . 机械基础，化学工业出版社，2001 年.授课教师姓名 专业技术职务从事专业 化学工程与工艺 行政职务 第一章授课计划 授课章节名称 第一章 零部件受力分析 授课时数 8教学目的使学生了解化工机械与设备这门课程所研究的内容和基本方法，掌握分离体受力图的画法，能够利用力系平衡方程进行一些简单的力学计算。教学要求1、理解力、刚体、平衡和二力构件的
3、概念，掌握静力学公理(平衡原理或定律)；2、了解约束、约束反力、主动力的概念，掌握常见的几种约束形式，学会话受力图；3、了解力的投影定理和合力投影定理，掌握平面汇交力系的合成和平衡条件；4、了解力偶和力偶矩，掌握平面力偶系的合成和平衡条件；5、了解力线的平移原理和平面一般力系向已知点简化的方法，掌握平面一般力系的合成和平衡条件；6、能够熟练应用平面力系的平衡方程解决实际问题；教学重点1、受力图的画法和技巧；2、力系平衡方程的应用；教学难点约束、约束反力以及一般力系的简化；教学方法与手段课堂讲授与课后练习相结合作业与思考题阅读书目或参考资料教学后记绪 论化工构件结构上的要求：1、强度：构件在外力
4、作用下抵抗破坏的能力；2、刚度：构件在外力作用下保持形状的能力；3、稳定性：构件在外力的作用下构件不致突然丧失保持原有形状的能力；4、耐久性：指设备的可使用年限；5、密封性：保持介质不泄露的能力；6、其它方面：安装运输方便，运转性能好。第一章 零部件的受力分析本章主要讨论的两个问题(1)物体平衡的概念和静力平衡的基本规律；(2)如何运用静力平衡的规律，由已知力求出未知力。第一节 受力分析概述一、力的基本概念力是物体之间相互的机械作用。力的三要素：大小、方向、作用点。单位：牛顿（N） 、千牛（KN） ，1kgf=9.8N 。二、受力分析实例(1)塔设备自身的重力W；(2)风力q ；(3)基础对塔
5、底的反作用力Ny， 力N y把塔设备托住；(4)基础螺栓对塔设备所产生的力矩M，使塔设备既不会被风吹倒；(5)横向阻力N x， 使塔设备不会移动。图 1-1由以上分析可知，塔设备作用着 W、q、N x、N y 和 M 五个力和力矩; 其中 W、q可以从设计条件估算或从设计规范查出，因此是已知力；而 Nx、Ny 和 M 是待求的未知力和力矩。通过塔设备处于“平衡状态”(相当于静置状态)的特定条件，并根据下面将要介绍的静力平衡方程，可以比较简便地由已知力求解这三个未知力和力矩，从而把塔设备底部的受力情况分析清楚。然后就可以根据下一章将要介绍的强度条件计算出：(1)受风力 q 和 Ny 力作用的塔底
6、座圈应选用多大的尺寸；(2)受力矩 M 作用的基础螺栓要选用多大的直径；(3)由已知的设计压力 p、风力 q 和塔设备的重力 W，确定塔体的厚度。另外，要掌握刚体的概念：在受到外力时完全不发生形变的物体称为刚体。本章所讨论的构件均视为刚体。第二节 约束、约束反力与受力图一、平衡力一个物体上受二个力作用达到静力平衡，则这二个力大小相等，方向相反，作用在一条直线上。这两个力互为平衡力。图1-3二力构件：只受两个力的作用，而处于平衡状态的构件。受力分析时，对于二力构件，应先进行分析。2、作用力与作用反力两个物体间的作用力与反作用力，总是大小相等，方向相反，作用于同一条直线上。图 1-53、平衡力与作
7、用力和反作用力的区别相同点：两个力都是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。不同点：1)平衡力是作用于同一个物体上的两个力，而作用和反作用力是分别作用于不同物体上的两个力。2)平衡力中的两个力没有必然的联系。而作用和反作用力中的任意一个力消失，另外一个力也随之消失。四、约束和约束反力约束：工程上把对于某一构件的活动起着限制作用的其他物体叫做约束。约束反力：约束之所以能限制构件的运动是由于约束有力作用在被约束的构件上，这种作用力，称为约束反力，简称反力。约束和约束反力的联系和区别：约束是一种概念，而约束反力是一种力，约束必须通过力来实现，这种相对应的力就是约束反力。主动力：引起物体运动和运动趋
8、势的力；被动力：由主动力的作用而引起的力。约束反力属于被动力。主动力和约束反力是作用力和反作用力么？五、分离体和受力图1、分离体的定义：为了使物体受力情况的分析能清晰地表达出来，需要把所分析的物体(即研究对象) 从跟它发生联系的周围物体中分离出来。这个被分离出来的研究对象称为分离体。2、什么是受力图：为了不改变分离体的受力情况，就必须把作用在分离体上的全部作用力主动力及周围约束对分离体作用的约束反力都画出来。这样画出的物体受力简图就称为受力图。适当地选取分离体，正确地画出受力图是进行受力分析的主要前提。图 1-2试分析图 1-2 中哪个是分离体，作用的分离体上的力，哪些是主动力，哪些是约束反力
9、？六、工程上常见的几种约束形式和确定约束反力的方法1、柔性物体约束定义：这类约束是从绳索、链条、皮带等一类柔性物体抽象出来的。特点：只能限制物体沿柔性物体被拉直的方向运动。约束反力的作用线沿着被拉直的柔性物体中心线且背离物体运动方向。力的种类：拉力。图 1-3 图 1-42、光滑面约束定义：当两个物体的接触面比较光滑或有良好的润滑时，接触面间的摩擦力很小，可以忽略不计，这类约束叫做光滑面约束。特点：这种约束只能阻止物体沿着接触点的公法线而趋向支承面的运动，但不能阻止物体离开支承面和在支承面的切平面内的运动。约束反力通过接触点，并沿公法线，指向被约束的物体。力的种类：支持力。图 1-5 图 1-
10、63、固定铰链约束定义：把构成圆柱形铰链的其中一个构件固定在基础、支架或机架上，这样的圆柱形铰链叫做固定铰链支座，这种支座对与其相连接的构件所产生的约束就叫固定铰链约束。特点：铰链的一段是固定的，另一端是一个杆件，两个部件通过圆柱形销钉相连。销钉的约束作用是阻止物体在与销钉的轴线相垂直的平面内沿任何方向移动。由于杆件1可绕销钉转动，所以杆件与销钉的接触点m的位置也是随着杆件受力情况的不同而相应地改变，因此约束反力N的指向也跟着变动。为了便于分析，通常用互相垂直的两个分力N x、N y代表方向待定的约束反力N。力的种类：支持力。图 1-74、辊轴支座约束(滑动铰链约束)定义：在管道或容器的支座与
11、基础接触面之间装有几个辊轴，使这个支座可以沿着管道或容器的轴向自由移动，这种约束就叫做辊轴支座约束。特点：辊轴支座约束的特点是只限制支座沿垂直于支承面方向的运动，因而在不计摩擦的情况下，约束反力的指向必定垂直于支承面，并通过铰链中心，指向被约束物体。力的种类：支持力。图 1-85、固定端约束定义：构件的一端固定在基础或建筑物内部使连成一体，这时构件所受到的约束叫做固定端约束。特点：构件的一端嵌入基础或建筑物内部使连成一体，完全固定着，既不允许构件作纵向或横向移动，也不允许构件转动。要达到这样的约束效应，在一般情况下必须存在三个约束反力。力的种类：支持力、拉力、力矩。图 1-96、受力图的画法1
12、、受力图的画法：(1)选取分离体，解除约束；(约束解除原理)(2)画出主动力；(3)分析约束的性质，在解除约束的地方画约束反力；2、例题讲解例 1-1：当用手去打开图 1 10 所示人孔盖时。设手中所用力为 F。并与铅垂线成 30角，盖子重力已知为 W，试画人孔盖的受力图。图 1-10例题详解见教材第 5 页例 1-2：墙式起重装置由横梁 AB 和拉杆 CD 组成机架，其结构简图如图 1-11 (a)所示。B 处有一小滑轮，吊索的一端经滑轮与重物 W 相连。拉动吊索另一端时，重物 W 则等速上升。A、C、D 三处均可视为固定铰链约束。略去机架和小滑轮的质量，试画出横梁 AB 和拉杆 CD 的受力图。图 1-11例题详解见教材第 6 页在此例题中，注意二力构件的概念：两端铰接(铰链连接)，中间不受任何外力的杆件都是二力构件(不一定是直杆)。在画一结构中的构件受力图时，对于二力构件应先进行分析。3、受力图的画法和注意事项：(1)首先将要研究的对象物体取作分离体，解除约束，与其他物体分离开来； (2)先画作用在分离体上的主动力，再在解除约束的地方画约束反力；
