化工机械设备基础习题

化工设备机械基础习题及解答一、填空题(1)平面一般力系的简化是建立在平面汇交力系的简化结果是一（）、平面力偶系的简化结果是一（）及（）定理三个力学基本规律的基础上。答案：合力、合力偶、力的平移(2)合力对简化中心产生的力矩等于其（）对简化中心产生的力矩的（）。答案：分力、代数和(3)力偶对物体产生的转动效应取决于（）的大小和（），与（）无关。•答案：力偶矩、转向、矩心•(4)内力是构件内部相邻两质点之间相互（）的改变•量，没有（）就没有内力，求解内力的方法是（）•法。画内力图的目的是为了确定最大内力；对于等截面构•件来说该截面称为（）截面。•答案：作用力、变形、截面法、危险•(5)构件在外力作用下发生过大（）变形或（）时•的应力称为极限应力。塑性材料的极限应力取（）极•限、安全系数取（）；脆性材料的极限应力取（）•极限、安全系数取（）。•答案：塑性、断裂、屈服、≥1.5、强度、≥3.0•(6)杆件发生拉伸或压缩变形时，横截面上只有（）应•力，且沿着横截面（）分布，若其横截面上的最大应•力不超过（）极限，则正应力与（）成正比，这•就是（）定律。为了保证设计的杆件在工作时安全可•靠，则其强度条件为（）。•答案：正、均匀、比例、纵向应变（或线应变）、胡•克、•(7)构件发生剪切变形时往往伴随着（）变形的产生，•因此构件上存在（）应力、（）应力。•答案：挤压、剪、挤压•(8)圆轴发生纯扭转变形的实质是（）变形，因此圆maxmax[]NA•轴横截面上只有（）应力，且沿着半径方向呈（）•分布，应力的方向与半径方向（）。在设计圆轴的直•径时，先按（）条件进行设计，然后按（）条•件进行校核。•答案：剪切、剪、线性、垂直、强度、刚度•(9)直径为d的实心圆轴，其横截面的极惯性矩为（）、•轴极惯性矩为（）；若材料弹性模量为E，则圆轴的抗•拉刚度为（）、抗弯刚度为（）。•答案：、、、•(10)梁发生纯弯曲变形时，横截面有（）应力，且沿•着梁的高度方向呈（）分布，中性层上的应力为（）432d24Ed464d464Ed•。度量梁发生变形程度大小的物理量是（）、（）；•设计梁时其刚度条件为（）（）。•答案：正、线性、零、挠度、转角、θmax≤[θ]、•fmax≤[f]•(11)从力学角度考虑，用（）的大小来衡量梁横截面•的形状是否合理，脆性材料制造的梁横截面形状一般只有•（）个对称轴，梁放置时中性轴应偏向（）一侧。•答案：WZ/A、一、受拉•(12)圆轴发生弯、扭组合变形时，横截面存在（）应•力和（）应力，根据第三强度理论可知危险截面上的•当量应力为（）。•答案：正、剪、224cr•二、简答题•(1)阐述研究应力的基本方法。•答：①由实验观察现象；②由实验现象作出符合实际的假•设；③根据假设作出推论以判断出应力的性质；④根据变•形的几何关系、物理关系、静力学关系推导出应力的计•算公式。•(2)以杆件的拉伸变形为例，说明如何根据拉伸强度条件•解决工程三类问题。•答：杆件发生拉伸变形时的强度条件为：•根据强度条件可解决工程三类问题：•①设计截面尺寸•利用截面法由外力求出Nmax；根据可得：•maxmax[]NAmaxmax[]NAmax[]NA•②强度校核•利用截面法由外力求出Nmax；根据可得：•将与进行比较，若，则强度足够。反之，•强度不够。•③确定许用载荷•由可得：，利用截面法的逆过程•可由确定最大外力P。•(3)阐述剪切胡克定律的内容，写出其数学表达式并说明•其应用条件。•答：当构件发生剪切变形时，若产生的最大剪应力不超过•剪切比例极限，则剪应力与剪应变成正比，这就是剪切胡•克定律。数学表达式为:;其应用条件为：maxmaxNAmaxmax[]max[]maxmax[]NAmax[]NAmaxG•(4)梁发生剪切弯曲变形时，横截面上有何内力，内力的•计算准则是什么?在工程上设计梁横截面尺寸时，为何在•大多数情况下可以按纯弯曲变形进行设计。•答：梁发生剪切弯曲变形时横截面上内力有：剪力Q、弯•矩M(x)•内力的计算准则：剪力Q的大小等于研究梁上所有外•力的代数和，方向与外力合力的方向相反；弯矩的大小等•于研究梁上所有外力对内力所在截面形心力矩的代数和，•转向与外力合力矩的转向相反。•在工程上设计梁横截面尺寸时，由于大多数情况下•L/h＞5，剪力对梁强度的影响可以忽略，故按纯弯曲变•形进行设计。•(5)阐述第三强度理论的内容，写出复杂应力状态下根据•其建立的强度条件的数学表达式。•答：第三强度理论认为：无论应力状态如何复杂，只要构•件产生最大剪应力达到轴向拉伸时的危险值时材料即被破•坏。其强度条件的数学表达式为：•三、计算题•(1)图示三角架由AB，BC杆•组成，AB杆的横截面为圆•形，直径d=15mm，材料的•=120MPa，BC杆的横截•面为矩形，矩形面积为250•；材料的=240MPa•。若销钉上受到的外力为P，试确定P的大小。22224[]TcrZMMW[]2mm[]ABCP30°•解(1)AB、BC杆外力计算AB，•BC杆及销钉的受力如图1、2、•3所示。以销钉为研究对象，因•为销钉处于平衡态，所以有：•∑X=0、∑Y=0即：解方程(1)(2)得：SB′=2P、•FB′=FB=;•同理•(2)外力P的计算•利用截面法得：NAB=P、NBC=2P•由得：•ABSBFB图1FASCBC图2FB′SB′P图33BFP3maxmax[]NAmax[]NA00300(1)300(2)BBBFSconPSsinP3PSSSBCB2•AB杆：•BC杆：•取P=12236.9N•(2)蒸汽机的汽缸如图所示。汽缸的内径Di=400mm，工作•压力p=1.2MPa。汽缸盖和•汽缸用直径为18mm的螺栓•联接，若活塞杆材料的许用•应力=50MPa，螺栓材料•的许用应力=40MPa，试•求活塞杆的直径及螺栓的个数。•解:(1)活塞杆直径的计算2[],240250/230000()BCBCBCNPAPN23[],1512012236.9()43ABABABNPAPN1[]2[]Dip活塞螺栓活塞杆汽缸•利用截面法得活塞杆节截面•上产生的轴力为：•由得：•(2)螺栓个数的确定•设螺栓的个数为n，2max4iNDpPNmaxmaxmax[]NA222max44[]4[]1.240061.97()[]5062iiDpNAddpdDmmdmm、取P螺栓缸盖•n个螺栓受到的总拉力为：•1个螺栓受到的拉力为：•由于螺栓发生拉伸变形，由截面法得：•根据螺栓强度条件得：24iPDp24iFDpn2max4iNDpnmaxmax[]NA22max22224[][]44001.214.915()184016iiDpDpnnddnn、个取个•(3)空心圆轴传递的功率P=2.5KW，轴的转速为•，内、外直径之比为。材料的，许•用单位长度的扭转角，试初步设计空心圆轴的•内、外直径。•解:(1)圆轴外力偶矩的计算•由得：•(2)圆轴的强度计算•由截面法得：•由强度条件得：100/minnr/0.6dD[]40MPa[]1.2/m62.59.55310()100mNmm69.55310Pmn6max2.59.55310()100TMmNmmmax[]TMW3460.2(1)9.55310[]PWDn6349.553102.531.02(),320.2(10.6)10040DmmDmm取•(2)圆轴刚度的校核•由得：•因为，所以刚度足够。•空心圆轴的内直径为d=D×0.6=19.2(mm)•(4)画出梁ABCD的弯矩•图，并确定最大弯矩。3maxmax18010TMGJ63max4442.59.55310180100100.167(/)8100.132(10.6)mmax0.167/[]=1.2/oommmaxMAP=4qaBCDq22mqa3a3a2a•解:(1)梁ABCD外力计算•梁ABCD的受力如图1•因为梁ABCD处于平衡态，•所以有：•∑Y=0、∑mA=0即：YA+YC=P+2qa(1)-3Pa–m+YC×6a-2qa×7a=0(2)•解方程(1)(2)得：YA=4/3qa，YC=14/3qa•(2)弯矩方程•梁AB：•梁BC：P=4qaYAYCq22mqa22mqaABCD图1248()(3)4(3)1233(36)AMxYxPxaqaxqaxaqaxqaaxa4(),(03)3AMxYxqaxxaYAxQM(x)YAP=4qaxM(x)Q•梁CD：•(3)弯矩图及最大弯矩•梁AB：x=0、M(0)=0；x=3a、222221()(3)(6)(6)(6)241414(3)228(6)33218322(68)ACMxYxPxamYxaqxaxaqaxqaxaqaqaxqaqxaqxqaxqaaxaYAYCP=4qaM(x)Qq22mqax2(3)4Maqa•梁BC：x=3a、；x=6a、•梁CD：x=6a、；x=6a、•最大弯矩，弯矩图如下。•(5)在(4)题中若梁ABCD用工字钢制造，且、2(3)4Maqa2(6)4Maqa2(6)2Maqa(8)0Ma2max4MqaM(x)x24qa24qa22qa50/qKNm•，材料的，试设计工字钢的型•号。•解:由得：•由查工字钢标准得：工字钢型号为20a•(6)左端固定、右端自由直径为d的等截面直圆轴如下图所•示。在自由端受到外力P和集•中力偶m的作用，试求固定端•截面的当量应力。•解:(1)圆轴内力的计算•圆轴在外力P的作用下发生400amm[]120MPamaxmax[]ZMW2max4[][]ZMqaW2234450400266666.7()[]120ZqaWmm3266666.7ZWmmcrPml•剪切弯曲变形，横截面有剪力Q、弯矩M(x);在力偶m的•作用下发生纯扭转变形，横截面有扭矩MT。•由截面法得固定端截面上的内力为：•Q=P;MT=m;M=Pl•故圆轴发生弯--扭转组合变形•(2)应力的计算•纯扭转变形：•剪切弯曲变形：•(3)当量应力的计算•固定端截面上的最大剪应力作用在圆轴的边缘，其值为：PQmMTMMmax316TMmWd24QPAdmax3()32ZMxPlWd•最大正应力作用在圆轴的上、下两点，其值为：•由于固定端截面上的最大剪应力大小是相同的，因此•最大正应力所在的那一点是危险点，即圆轴的上、下两点•(如右图所示)，根据第三强度条•件可得上、下两点当量应力为：maxmax32164mPddmaxmax332ZMPlWd2222332321644()4()crPlmPddd•(7)有一开口圆环如下图所示，由直径d=40mm的圆钢制•成，a=60mm，材料的•[σ]=120MPa，求最大•许用拉力P。若圆环为•全封闭，求最大许用拉力P。•解:(1)圆环内力的计算•由截面法得:•N=P、M=P(a+d/2)•由于圆环的内力有轴力和弯矩，•故圆环发生拉伸和弯曲的组合变形。•(2)最大许用拉力P的计算•由得:PPadPNMmax//[]ZNAMW23432(/2)[]PPaddd•(3)封闭圆环最大许用拉力P的计算•由截面法得:N=P/2•由于圆环的内力只有轴力，•故圆环发生拉伸变形。•由得:333[][432(/2)][],432(/2)120408865.8()44032(6040/2)8