化工设备机械基础复习及答案

1、化工设备机械基础复习题一、填空题1、强度是指构件一抵抗破坏一的能力。2、刚度是指构件一抵抗变形一的能力。3、稳定性是指构件一保持原有一平衡状态的能力。4、如物体相对于地球静止或作匀速运动，则称物体处于一平衡状态一。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一内力6、脆性材料的安全系数一般取得比塑性材料要一大一些。7、在轴向拉伸或压缩时，杆件不但有一纵向一变形，同时一横向一也发生变形。8、 扭转是一杆件一的又种变形方式。9、 t=Gr称为一剪切一虎克定律。10、弯曲是工程实际中最常见的一种一基本一变形形式。11、简支梁是梁的一端为固定较支座，另一端为一可动。12、

2、外伸梁是简支梁的一端或一两端伸出支座之外。13、悬臂梁是梁的一端固定，另一端一自由。14、最大拉应力理论又称一第一一强度理论。15、最大伸长线应变理论又称一第二一强度理论。16、最大剪应力理论又称一第三一强度理论。17、形状改变比能理论，又称一第四强度理论。18、构件在工作时出现随时间作周期变化的应力称为一交变应力。19、硬度是用来一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一韧性。21、化工设备的密封性是一个十分一重要的问题。22、化工设备的耐久性是根据所要求的一使用年限来决定。23、发生边缘弯曲的原因是由于一薄膜变形不连续。24、当q/b=2_时为标准

3、型椭圆形封头。25、圆柱壳体的环向应力为ce=PD/2326、球形壳体的环向应力为ce=PD/4327、 3d是圆筒的一设计一厚度。28、 3是圆筒的一计算一厚度。29、 有效厚度3e=_3+30、凸形圭寸头包括半球形圭寸头一椭圆形一圭寸头、碟形圭寸头、球冠形圭寸头四种。31、碟形封头由以R为半径的球面，以r为半径的一过度弧一高度为ho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，其一受力一情况较差。33、球冠形封头在多数情况下用作容器中两独立受压室的一中间一封头。34、刚性圆筒，由于它的厚径比3e/Do较大，而长径比L/Do较小所以一般不存在因失稳破坏的问题。35、加强圈应有一

4、足够一的刚性，通常采用扁钢、角钢、工字钢或其它型钢组成。36、卧式容器的支座有一鞍座一圈座和支腿三种。37、立式容器有耳式支座、支承式支座一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、一整体-法兰和任意式法兰三种。39、国家标准中的手孔的公称直径有一DN15Q和DN250两种。40、平带一般由数层帆布一粘合一而成并用接头连接成环形带。41、V带的横截面为一等腰椎娶其工作面是与轮梢相接触的两侧面。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

5、、皮带、钢丝等（2）理想光滑面约束（3）圆柱较链约束3、材料力学对变形固体作了哪些假设？答：（1）连续性假设（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

6、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

7、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11、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直边三部分组成。h0的12、影响外压容器临界压力的因素有哪些？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

8、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)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，维护等方齿面面都考虑周到。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

9、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。止匕外，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。、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=1kN?mM=?m;M=1kN?m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1=,求两螺栓受到的横向力。解：据M=FdM=M+M+M=1+2=F=M/d=22kN答：两螺栓受到的横向力为22kN2、如图所示，有一管道支架ABCAB、C处均为理想的圆柱形较链约束。以知该支架承受的两管道的重量均为G=图中尺寸均为mm试求管架中

10、梁AB和BC所受的力。解：梁AB的受力图-N1刀Fx=0Fx+FBCOS45=0刀Fy=OFy1FniFn2+FbCOs45=0X=0刀Ma=0FyiX0FniXFn2X+FbCOS45/?Fb=Fx=Fy=杆BC的受力图Fc=FB=Fb=3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3Xhxl=20mmx12mnx100mm传递的扭转的扭转力偶矩M=2kN?m键的许用切应力t=60MPa,dp=100MPa，试校核键的强度。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，由平衡方程刀M=0彳导Fs?(d/2

11、)=M,Fs=2M/d=(kN)剪切面面积为A=Sl=20x100=2000口吊，有3_6T=Fs/A=x10/2000x10二(MPa)vT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=,挤压面面积AP=hl/2,有36dp=F/Ap=x10/6x100x10二（MPa）vdp故平键也满足挤压强度条件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,E=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,

12、求两拉杆内横截面上的正应力。杆1的拉力Fi杆2的拉力F2227Fi=Ei?n/4?d=200GPaxn/4x(20)=x10N227F2=E?n/4?d=100GPaxn/4x(25)=x10NFX+F2X2=0刀Mc=0F?(2x)+FiX2=0Fx=X107Nx=(2)当F=30kN时刀Ma=0FX+F2X2=0刀Mb=0F?(2x升FiX2=044Fi=X104NF2=X104N对杆1di=Fi/(n/4?di2)=X104/(n/4X202X10-6)=对杆2d2=F2/(n/4?d22)=X104/(n/4X25、10-6)=?杆的正应力为杆2的正应力为5、以圆轴以300r/min的

13、转速传递331kW的功率。女口t=40MPa,0=/m,G=80GPa解：由强度条件设计轴的直径3Tmax=T/Wt=16T/ndVTT=9550p/n=9550X331/300=?m1/26?d(16T/nT)=16X10536/(nX40X10)=(cm)由钢度条件设计轴的直径4Dmax=T/GIpX180/n=32T/GndX180/n(32T/Gn0X180/n)=32X10536X180/(80X10Xn)取6、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。求轴的直径。=(cm)解：（1）求支反力取全梁为研究对象，由平衡方程2刀MA=0qa/2+Me

14、+Frb?2a=0FRB=-qa/4M/2a=20X1/420/2X仁一15(kN)负号表示Frb实际方向与假设方向相反，即向下。刀Fy=0,Fra+Frbqa=0FRA=qaFrb=20X1(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=20kN作弯矩图CA段右向下的均布载荷，弯矩图为二次抛物线；在

15、C处截面的剪力Fsc=0,故抛物线在C截面处取极值，又因为Mc=0,故抛物线在C处应与横坐标轴相切。ADDB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2即为该处集中力偶的力偶矩。计算出Ma=-qa/2=-10(kN?m)Md左=Me+FBa=2015X1=5(kN?m)MdFrbp15X1=-15(kN?m),Mb=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|maF15(kN?m)。7、钢轴如图所示，已知E=80GPa左端轮上受力F=20kNo若规定支座A处截面的许用转角，0=,试选定此轴的直径。解：

16、FA=FB=qL/2=X2=(kN)M(x)=qLx/2qx2/2(0xMmax/d=X10/100X10=196(cm)选用20a工字钢Ib=2370cm4=X106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Vma=5qL/384EI=5XX10X4/384X206X10XX103=X103y此型号得工字钢不满足刚度条件要满足刚度条件IV|ma=5qL4/384EIe=5XX10X4/384X206X10XIeVye3964cm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

17、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d=100MPa,试校核横梁AB的强度。9、如图所示钻床，若F=15kN，材料许用拉应力dt=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:N=F=15kN,M=F=15X=6(kN?m)(2)按弯曲强度条件初选直径若直接用式(dmax,dmin)=Fn/A土MiaXW求解直径d,会遇到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。dma)=M/VAdW=nd/32M/(32M/nd)=(32X6X10/nX35X10

18、)=x10_3(m)取d=121mm(3)按偏心拉伸校核强度由式(dmax,dmin)=Fn/A土Mmax/WdmaFFNA+M/W=15X103/(n/4)X1212X106+6X103/(n/32)X1213X109=(MPa)dt最大拉应力超过许用拉应力，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=121mm10、某球形内薄壁容器的最大允许工作压力D=10m厚度为3n=22mm若令焊接接头系数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dt=147MPa.解：取工作压力等于设计工作压力P=PC3e=3n-C=222=20P=23edt0/Di=2X20X147X1/10X103=(MPa)11、乙烯储梢，内径1600mm厚度为3n=16mm设计压力p=,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=，试校核强度。解：dt=170MPa取3e=3nC=16=0=1d=P?D/23eQWd=X1600/2XX1=138(MPa170MPa故该设备强度足够12、