化工設(shè)備機械基礎(chǔ)復(fù)習(xí)及答案匯總

1、化工設(shè)備機械基礎(chǔ)復(fù)習(xí)題一、填空題 1、強度是指構(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動，則稱物體處于平衡狀態(tài)。 5、物體受外力作用變形時，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，桿件不但有縱向變形，同時橫向也發(fā)生變形。 8、扭轉(zhuǎn)是桿件的又種變形方式。 9、=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

2、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)力理論又稱第一強度理論。 15、最大伸長線應(yīng)變理論又稱第二強度理論。 16、最大剪應(yīng)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(gòu)件在工作時出現(xiàn)隨時間作周期變化的應(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)擴展的能力稱為斷裂韌性。 21、化工設(shè)備的密封性是一個十分重要的問題。 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時為標(biāo)準(zhǔn)型橢圓形封頭。 25、圓柱殼體的環(huán)

3、向應(yīng)力為=PD/2 26、球形殼體的環(huán)向應(yīng)力為=PD/4 27、d是圓筒的設(shè)計厚度。 28、是圓筒的計算厚度。 29、有效厚度e=+ 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e/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(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

4、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

5、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)件作某些周期性運動6、提高構(gòu)件疲勞強度的措施？ 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，實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，可以增加零部件的互換性，有利于設(shè)計、制造、安裝和維修，

6、提高勞動生產(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械設(shè)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(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、壓力試驗的

7、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(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

8、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(jié)構(gòu)簡單，加工和維護(hù)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(hù)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(dāng)軸承不回轉(zhuǎn)，緩慢擺動或低速轉(zhuǎn)動時，一般不會產(chǎn)生疲勞損壞。但在很大的靜載荷作用

9、下，會使軸承滾道和滾動體接觸處的局部應(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：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=±Fd M=M1+M2+M3=1+1.4+2=4.4kN·m F=M/d=4.4/0.2=22kN 答

10、：兩螺栓受到的橫向力為22kN 2、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 FyFx FN1 FN2 A B FB Fx=0 Fx+FBcos45°=0Fy=0 Fy1FN1FN2FBcos45°=0MA=0 Fy1×0FN1×0.4FN2×1.12FBcos45°×1.12=0FB=9.67kN Fx=6.84 Fy=2.16桿BC的受力圖FB FAFC=FB=FB=9.673如

11、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×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=60MPa，p=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M0=0，得 FS·(d/2)=M, FS=2M/d=57.14(kN)剪切面面積為A=l=20×100=2000mm2，有 =FS/A=57.14×103/2000×106=2

12、8.6(MPa)可見平鍵滿足剪切強度條件。 其次校核鍵的擠壓強度。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 p=F/Ap=57.14×103/6×100×106=95.3(MPa)p故平鍵也滿足擠壓強度條件。4、如圖所示結(jié)構(gòu)中梁AB的變形及重量可忽略不計。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F2

13、F1=E1·/4·d2=200GPa×/4×（20）2=6.28×107NF2=E2·/4·d2=100GPa×/4×（25）2=4.91×107NMA=0 Fx+F2×2=0MC=0 F·(2x)+F1×2=0Fx=11.19×107N x=0.88(2) 當(dāng)F=30kN時 MA=0 F×0.88+F2×2=0MB=0 F·(2x)+F1×2=0F1=1.68×104N F2=1.32×104N

14、對桿1 1=F1/(/4·d12)=1.68×104/(/4×202×10-6)=53.5MPa對桿2 2=F2/(/4·d22)=1.32×104/(/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=40MPa，=0.5°/m，G=80GPa，求軸的直徑。解： 由強度條件設(shè)計軸的直徑 max=T/wt=16T/d3 T=9550p/n=9550×331300=10.536kN·m

15、 d(16T/)1/2=16×10536/(×40×106)=11.03(cm) 由鋼度條件設(shè)計軸的直徑 Dmax=T/GIp×180/=32T/Gd4×180/ d（32T/G×180/）1/2=32×10536×180/（80×109×0.5）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=0 qa2/2+Me+FRB·2a=0 FRB=qa/4

16、Me/2a=20×1/420/2×1=15（kN） 負(fù)號表示FRB實際方向與假設(shè)方向相反，即向下。 Fy=0 ， FRA+ FRBqa=0 FRA=qaFRB=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

17、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(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。計算出MA=qa2/2=10（kN·m） MD左=Me+FRBa=2015×1=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

18、，左端輪上受力F=20kN。若規(guī)定支座A處截面的許用轉(zhuǎn)角，=0.5°，試選定此軸的直徑。解：FA=FB=qL/2=9.8×2=19.6(kN) M(x)=qLx/2qx2/2 (0<x<L) Mmax=qL2/8=9.8×42/8=19.6(kN·m) WE Mmax/=19.6×103/100×106=196(cm3) 選用20a工字鋼 Ib=2370cm4=23.7×106 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Vmax=5qL4/384EI=5×

19、;9.8×103×44/384×206×109×23.7×106=6.7×103y 此型號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×IEy IE3964cm4 應(yīng)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(zhuǎn)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(yīng)力=100MPa，試校核橫梁AB的強

20、度。 9、如圖所示鉆床，若F=15kN，材料許用拉應(yīng)力t=35MPa，試計算圓立柱所需直徑d。解：（1）內(nèi)力計算 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）按彎曲強度條件初選直徑d 若直接用式（max，min）=FN/A±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(yīng)力強度條件進(jìn)行截面設(shè)計，然后帶回式進(jìn)行強度校核。由 max=M/W W =d3/32M/ 有 d(32M/)1/3=(32×6×103/×35×10

21、6)1/3=120.4×103(m)取 d=121mm （3）按偏心拉伸校核強度由式（max，min）=FN/A±Mmax/W max=FN/A+M/W=15×103/（/4）×1212×106+6×103/（/32）×1213×109 =35.8(MPa)t 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=121mm 10、某球形內(nèi)薄壁容器的最大允許工作壓力Di=10m，厚度為n=22mm,若令焊接接頭系數(shù)=1.0，厚度附加量為C=2mm，試計算該球形容器的最大允

22、許工作壓力。已知鋼材的許用應(yīng)力t=147MPa. 解：取工作壓力等于設(shè)計工作壓力 P=PC e=nC=222=20 P= 2et/Di=2×20×147×1/10×103=0.588(MPa)11、乙烯儲槽，內(nèi)徑1600mm，厚度為n=16mm，設(shè)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：t=170MPa 取e=nC=161.5=14.5mm =1 =P·D/2e =2.5×1600/2×14.5×1 =138（MPa

23、）170MPa 故該設(shè)備強度足夠12、某化工廠反應(yīng)釜，內(nèi)徑為1600mm，工作溫度為5105°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)計筒體和封頭的厚度。 解：PC=1.6MPa Di=1600mm t=137MPa =0.8 對于圓筒=PC·Di/2 2PC =1.6×1200/2×137×0.81.6=8.79mm C=C1+C2=0.8+1.0=1.8 n=+C=8.79+1.8=10.59 圓整n=12mm 封頭=PC·Di/2 20.5PC=1.

24、6×1200/2×1370.5×1.6=8.76mm 封頭應(yīng)與筒體同樣的厚度圓整n封=n筒=12mm 13、今欲設(shè)計一臺內(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(shè)計使用年限為10年，試設(shè)計該容器筒體及封頭厚度。 解：材料為Q235-B s=235MPa b=370MPa C2=1mm t=113M

25、Pa P=PC=1.6MPa =0.8 C1=0.8mm 鋼板的厚度 n= PC·Di/2 tPC=1.6×1200/2×113×0.81.6=10.7mm n=+C1+C2=12.5mm 圓整n=14mm 封頭n=PC·Di/2t0.5PC=1.6×1200/2×113×0.80.5×1.6=10.67mm 封頭應(yīng)取筒體相同的直徑 n封=n筒=14mm 14、已知V帶傳動的功率P=5.5kW，小帶輪基準(zhǔn)直徑D1=125mm，轉(zhuǎn)速n1=1400r/min，求傳動時帶內(nèi)的有效拉力Fe。 解：Fe=1000&

26、#183;P/V V1=D1n1/60×1000=3.14×125×1440/60×1000=9.42m/sFe=1000×5.5/9.42=583.8N15、已知一V帶傳動，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，滑動率=0.02，試求由于彈性滑動在5min內(nèi)引起的大帶輪轉(zhuǎn)數(shù)的損失。 解：有滑動時傳動比 i=n1/n2=D2/D1(1)=355/140(10.02)=2.587 n2=n1/i=556轉(zhuǎn)/分 沒有滑動時n2 · n2=n1·D1/D2=568轉(zhuǎn)/分

27、5分鋼損失的轉(zhuǎn)數(shù)=(568556)×5=60轉(zhuǎn)16、已知一正常齒制標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪=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=250mm D頂=m(z2)=5×52=260mm D基=D根cos=m×(z2.5)cos20=5×(502.5)×cos20=213.75mm17、有一標(biāo)準(zhǔn)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=m=×5

28、=15.708(mm) 齒頂高 ha=m=5(mm) 齒根高 hf=1.2m=1.2×5=6(mm)齒高 h=hahf=56=11(mm)蝸桿分度圓直徑 d1=50(mm) （已知）蝸桿齒頂圓直徑 da1=d12ha=502×5=60(mm)蝸桿齒根圓直徑 df1=d12hf=502×6=38(mm)蝸桿導(dǎo)程角 =arctan(mz1/d1)=arctan(5×1/50)=5°4238蝸桿螺旋部分長度 b1(110.06z2)m=(11+0.06×30)×5=64(mm)蝸輪分度圓直徑 d2=mz2=5×30=150(mm)蝸