化工机械基础1-1 2

1、化工设备机械基础,授课老师：张霞,2020/10/7,2,绪 言,一、目的和意义 合理设备可简化流程，降低成本 设备的结构和材质 具备基本工程力学知识，了解化工设备常用材料特性及焊接知识，掌握化工设备的设计计算，及典型机械传动。,2020/10/7,3,P=32MPa, T=450550,2020/10/7,4,第一篇 工程力学,构件承受荷载能力衡量： 1强度：构件抵抗破坏的能力 2刚度：构件抵抗变形的能力 3稳定性：构件保持原有平衡形态能力 任务:研究构件在外力作用下变形和破坏的规律， 为设计构件选择适当的材料和尺寸，以保证能够达到强度、刚度和稳定性的要求 内容 理论力学：研究物体机械运动一

2、般规律 材料力学：研究构件承载能力,2020/10/7,5,第一章 物体的受力分析及其平衡条件,第一节 力的概念和基本性质 一力的概念 1力：是物体间的相互作用 外效应：物体的运动状态发生改变 内效应：物体发生变形 力的三要素：大小，方向，作用点 2刚体与变形体 刚体力作用于物体，引起的变形很小忽 略不计的物体,作用效果,2020/10/7,6,二力的基本性质,1、作用与反作用定律 2、二力平衡定律,3、力的平行四边形法则 解析法力的计算：,A,F1,F2,F3,R1,R,a,a,F,Fy,Fx,2020/10/7,7,第二节 力矩与力偶,一、力矩,F,d,O,说明：1、O点表示力矩中心 2、

3、力臂d：力的作用线到O 点的垂直距离,合力矩定理,3、力矩表示力对物体的作用效果,2020/10/7,8,二、力偶,力偶：是受到大小相等、方向相反、互相平行的两个力的作用，对物体产生的是纯转动效应。,F,F ,l,力偶矩：力偶的两个力对力偶作用平面内任一点之矩的代数和，记为m(F，F ),说明：l力偶臂：力偶中两力之间相距的垂直距离 正负号表示两种相反方向，逆时针（+），顺时针（-） 力偶矩是力偶对物体转动效应的度量,2020/10/7,9,力偶性质： 1、是一个基本的力学量，不能与一个力平衡，力偶只能与力偶平衡。 2、如果力偶矩的大小和方向不变，则改变力偶在作用面内的位置无关或改变力的大小和

4、臂的长短，该力偶对刚体的效应不变。 3、同一平面内两个以上力偶同时作用时，合力偶矩等于各分力偶矩的代数和，即,2020/10/7,10,三、力的平移,Q”,Q,m,Q,力的平移定理： 一个力 一个平行且相等的力+一个附加力偶,2020/10/7,11,四、平面一般力系向一点简化,O,F1,F2,Fn,O,F1,F2,Fn,F1,F1”,m1,F2,m2,Fn,mn,O,F1,F2,m2,Fn,mn,m1,R,MO,点O：简化中心 主矢R：F1 F2.Fn合成的合力,作用线在简化中心上 主矩MO： m1 m2 .mn力偶系的合力偶矩,2020/10/7,12,四、平面一般力系向一点简化,O,R,

5、MO,R,R”,d,R与MO合成为一个力R,其作用线位置为：,2020/10/7,13,第三节 物体的受力分析,一、约束和约束反力 主动力：促使运动 自由体：物体只受主动力作用，而且能够在在空间 沿任何方向完全自由运动 非自由体：物体的运动在某些方向上受到了限制而不能完全的自由运动,2020/10/7,14,约束：限制非自由体运动的物体 约束反力：当非自由体的运动受到它的约束限制时，在非自由体与其约束之间产生相互作用的力，那么约束作用于非自由体上的力就称为该约束的约束反力。,第三节 物体的受力分析,2020/10/7,15,1、柔性体约束（柔索约束）,绳索，传动带，链条等，忽略刚性，不计重力，

6、,特点：只受拉，不受压，不能抗弯矩，限制物体沿绳索伸长的方向运动。,约束反力,作用线：与绳索伸直时的中心线重合 方向：离开非自由体朝外,2020/10/7,16,2020/10/7,17,2020/10/7,18,2、光滑接触面（线）约束,特点：只受压，不受拉，限制物体沿接触面公法线方向向支撑面内运动,滑槽、导轨等，忽略摩擦，理想光滑。,约束反力：沿接触点处的公法线而指向物体，一般用N表示。又叫法向反力。,2020/10/7,19,2020/10/7,20,3、铰链约束,两个端部带有圆孔的构件用一销钉连接而成。,2020/10/7,21,（1）固定铰链支座约束,由固定支座和杆并用销钉连接而成,

7、2020/10/7,22,特点：物体只能绕销钉的轴线转动，而不能上下左右移动 约束反力：方向随着主动力的变化而变化，通过铰链中心，一般用它的两个分力Nx和Ny表示,2020/10/7,23,2020/10/7,24,（2）活动铰链支座约束,支座下面有几个圆柱形滚子，支座可以沿支撑面滚动,2020/10/7,25,特点:限制物体沿垂直支撑面方向运动 约束反力：垂直于支撑面，并通过铰链中心,2020/10/7,26,4、固定端约束,特点：限制物体既不能移动，也不能转动，完全固定 约束反力：除了有Nx和Ny ，还有阻止物体移动的力偶矩m,2020/10/7,27,2020/10/7,28,2020/

8、10/7,29,柔索约束 一个力 光滑接触面约束 一个力 固定铰链约束 两个分力 活动铰链约束 一个力 固定端约束 两个分力、约束力偶,2020/10/7,30,二、受力图,例1-1某化工厂的卧式容器，容器总重量(包括物料、保温层等)为Q，全长为L，支座B采用固定式鞍座，支座C采用活动式鞍座。试画出容器的受力图。,2020/10/7,31,例1-2焊接在钢柱上的三角形钢结构管道支架，上面铺设三根管道，试画出结构整体及各构件的受力图。,2020/10/7,32,例1-3 刚架自身重力不计，AC上作用载荷P，画出AC、BC及刚架整体的受力图,2020/10/7,33,画受力图的步骤：,(1)简化结

9、构，画结构简图； (2)选择研究对象，画出作用在其上的全部主动力； (3)根据约束性质，画出作用于研究对象上的约束反力。,2020/10/7,34,第四节 平面力系的平衡方程式,平面力系平衡的必要与充分条件：力在水平方向和垂直方向投影的代数和等于零，所有力对任意点的力矩的代数和等于零。,2020/10/7,35,【例】加料小车用卷扬机B拉着沿斜道匀速上升，设小车与物料共重P，斜坡与水平面成角，其他尺寸如图所示，不计轨道与车轮之间的摩擦，求绳的拉力与小车对轨道的压力。,x,y,P,h,a,a,b,D ND,E NE,O,解：简化结构，画受力分析图。我们以有已知力和未知力的小车为研究对象。画主动力

10、P，和约束反力。绳为柔性约束，约束反力T沿绳长方向离开小车。轨道对车轮为光滑支撑面，约束反力ND,NE垂直于支撑面并指向小轮中心。,2020/10/7,36,列平衡方程：选择与拉力T平行方向为x轴，垂直为y轴。,选未知力的交点D为力矩中心,列力矩方程式。,2020/10/7,37,【例】某卧式容器总长L=7m，A=1.7m，总重91kN，支座B、C的距离为4m，支座B相当于固定铰链支座，C相当于活动铰链支座。计算支座B、C所受的约束反力。,NBx,2020/10/7,38,解：取整个容器为研究对象画受力图，容器本身自重及料液组成的均布载荷q（q=91kN/7m=13kN/m），其约束反力为支座B、C的约束反力NBx、NBy、NC.,选B点为力矩中心,2020/10/7,39,【例】悬臂梁AB作用有均布荷载q，在自由端还受一集中力P和一力偶矩为m的力偶作用，梁长度为L。求固定端A的约束反力。,2020/10/7,40,例1-6 刚架所受荷载、尺寸及支承情况见图，求支座A及B处的反力。,2020/1