化工机械基础教案

上海应用技术学院教案（首页）2009－2010学年第1学期主讲教师朱柳娟院(系)部机电学院教研室过程装备与控制职称讲师学历研究生课程名称化工机械基础课程性质学科专业基础课课程序号6490课程代码B2020153授课专业应用化学总学时48讲授44实验2上机其它2学分3教学目的与要求本课程是一门综合性的机械类课程，通过学习使学生掌握基本力学和金属材料知识，具备设计带压化工设备和对在用压力容器进行强度、稳定校核的能力，并了解压力容器监察管理法规，在今后工作中遵守实施。教学重点与难点本课程教学重点在基本力学和金属材料知识，带压化工设备的设计和校核。难点在于带压化工设备的设计和校核。教材与参考书《化工设备机械基础》，赵军等，化学工业出版社，2008年；《过程设备设计》，郑津洋，化学工业出版社，2005；《化工容器设计》，王志文，化学工业出版社，1998；《化工设备设计基础》，周志安，化学工业出版社，2001；《GB150-1998钢制压力容器》，国家技术监督局，1998。《材料力学Ⅰ》，刘鸿文，高等教育出版社，2004年；上海应用技术学院教案周次1第1次课学时2授课时间2009年9月15日章节名称1.物体的受力分析和静力平衡方程1.1静力学基本概念（掌握）1.2约束和约束反力（掌握）1.3分离体和受力图（掌握）本次授课目的与要求目的：1使学生掌握力、刚体、平衡等静力学基本概念。2使学生掌握约束和约束反力概念。3使学生学会画受力图。要求：1掌握力、刚体、平衡等静力学基本概念。2掌握约束和约束反力概念。3学会画受力图。本次教学重点与难点重点：1力、刚体、平衡等静力学基本概念。2约束和约束反力概念。3学会画受力图。难点：学会画受力图。授课方法与手段结合实物，课堂讲授。基本教学内容提要及时间分配1.1静力学基本概念（掌握）（30分钟）力的概念及作用形式力：物体间相互的机械作用，单位：N，KN，力是矢量，F或F表示，既有大小又有方向力的三要素：大小，方向，作用点按力的作用方式分类可分为：表面力和体积力（eg.重力，磁力）按作用面积大小可分为：集中力和分布力（KN/m）刚体的概念刚体：在任何情况下都不发生变形的物体。它是抽象化概念，是一种变形很小情况下的理想模型。静力学中主要研究物体所受力系的简化及平衡条件，不研究变形，故可视为刚体。平衡的概念平衡状态：物体相对于地球静止或作匀速直线运动时的状态。是物体机械运动的特殊情形。并将作用于该物体上的力系称为平衡力系。平衡力系：物体处于平衡状态时的力系。二力平衡原理（公理）：作用于刚体上的两个力平衡的必要和充分条件是：这两个力大小相等，方向相反，并作用在同一直线上（等值、反向、共线）二力构件：只受两力作用且处于平衡的构件，特点是：两力必沿作用点的连线。加减平衡力系原理（公理）：在作用于刚体上的任何一个力系上，加上或减去任一平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效应。力的可传性原理：作用于刚体上的力，可沿其作用线移至刚体内任意一点，而不改变它对刚体的作用效应。故作用于刚体上力的三要素是大小、方向、作用线。作用和反作用定律作用和反作用定律：两物体间相互作用的力总是大小相等，作用线相同而指向相反，分别作用在这两个物体上。（重力与支持力）作用于与反作用力不能与两力平衡中的一对平衡力混淆。1.2约束和约束反力（掌握）（30分钟）自由体：能在空间作任意位移的物体，eg.飞机、火箭、卫星等。非自由体：位移受到某些限制的物体，eg.悬挂着的灯。主动力：能使物体运动或有运动趋势的力，eg.重力、电磁力、风力等，工程上也称为载荷。约束：阻碍非自由体运动的限制条件，eg.绳索就是灯的约束，铁轨是火车的约束。约束反力：约束对物体的作用力，eg.T就是绳索对灯的约束反力。典型（平面）约束类型：柔性体约束：绳子、链条、皮带、钢丝等柔性物体。绳索对物体的约束反力，作用点在接触点，方向沿绳索的中心线，而背离物体，eg.光滑面约束：物体接触面上的摩擦力相比其他力很小，可忽略不计，这样的接触面为光滑面，不能限制切向方向运动，只能限制法向，其约束反力：沿接触面在接触点处的公法线且指向物体。圆柱铰链约束：如图,只限制两构件的相对移动，不限制相对转动，其约束反力为X、Y即通过销钉中心，沿接触点法线方向的约束反力。用圆柱铰将构件与底座连接起来，构成铰支座。可分为：固定铰支座，如图1-8a，可动铰支座，如图1-9a。固定端约束：物体的一部分固嵌与另一物体所构成的约束，eg.电线杆等，图1-20(a)。固定约束反力有三个，X、Y、m。1.3分离体和受力图（掌握）（30分钟）分离体：把研究对象从周围物体的约束中分离出来，成为自由体，此对象即为分离体。受力图：单独画出物体轮廓，将作用在它上面的主动力与约束反力画在上面得到的图。画受力图的步骤：确定研究对象，并将其从周围物体的约束中分离出来，即取分离体（先取二力杆）画已知力，如外力（载荷），重力等。画约束反力。根据约束类型，画出约束反力。例：1-1，1-2作业布置本章习题1~5课外复习、预习内容安排预习：1.4力的投影合力投影定理（掌握）1.5力矩力偶（掌握）1.6力的平移（掌握）1.7平面力系的简化合力矩定理（掌握）主要参考文献资料《过程设备设计》，郑津洋，化学工业出版社，2005；《化工容器设计》，王志文，化学工业出版社，1998；《化工设备设计基础》，周志安，化学工业出版社，2001；《GB150-1998钢制压力容器》，国家技术监督局，1998。《化工轻工机械设计基础》，陈经梅等，浙江大学出版社，1994年《工程力学》（上）、（下），张新占等，西北工业大学出版社，2001年备注上海应用技术学院教案周次1第2次课学时2授课时间2009年9月18日章节名称1.物体的受力分析和静力平衡方程1.4力的投影合力投影定理1.5力矩力偶1.6力的平移1.7平面力系的简化合力矩定理本次授课目的与要求目的：1使学生掌握合力投影定理。2使学生掌握力矩、力偶和力的平移。3使学生掌握力的平移、平面力系的简化和合力矩定理。要求：1掌握合力投影定理。2掌握力矩、力偶和力的平移。3掌握力的平移、平面力系的简化和合力矩定理。本次教学重点与难点重点：1合力投影定理。2力矩、力偶和力的平移。3力的平移、平面力系的简化和合力矩定理。难点：力的平移、平面力系的简化和合力矩定理。授课方法与手段结合实物，课堂讲授。基本教学内容提要及时间分配1.4力的投影合力投影定理（20分钟）力的投影概念力F在x（y）轴上的投影：从力F的起点A，终点B向ox（oy）轴作垂线得垂足a、b，线段ab称力F在x（y）轴上的投影，x（y）=Fcosr力在坐标轴上的投影的特性：a.标量b.符号，ab与x轴同向为正c.平行力且等值时在坐标轴上投影相同d.力平行移动后投影值不变力在直角坐标轴上投影合力投影定律合力：若一个力对刚体的作用效果与一个力系等效，则此力称为该力系的合力，该力系中的各个力称为此合力的分力。合力投影定律：合力在任意轴上的投影，等于各分力在同一轴上投影的代数和。1.5力矩力偶（20分钟）力矩：力的大小和力臂的乘积。力偶：大小相等、作用相平行的两个反向力组成的力系。力偶矩：力的大小和力偶臂的乘积。力偶的性质：力偶无合力、力偶与位置无关、力偶矩大小转向不变时、力偶系可由力偶代替。力偶与力偶矩力偶作用面：力偶中两力所在的平面。力偶臂：两力作用线间的垂直距离，以d表示。力偶的特点：对刚体只产生转动效应而没有移动效应，力偶不能与一个力等效或平衡，只能被力偶平衡。力偶矩：以乘积F.d作为度量力偶对物体的转动效应的物理量，记作m（F，F）或m=+-F.d，力偶矩为代数量，力偶矩转向为逆时针时为正，单位N.m（KN.m）与力矩同。力偶中两力对其作用面内任一点的矩的代数和恒等于力偶矩。力偶的三要素：力偶矩的大小、转向、作用平面------a.大小转向不变，力偶可在平面内任意移动或改变F、d的大小。C.力偶可移到与作用平面平行的平面内而不改变其作用效果。1.6力的平移（20分钟）力的平移定理：作用在刚体上的力可平行移动到刚体内任一点，但必须同时附加一个力偶，其力偶矩等于原力F对平移点的矩。1.7平面力系的简化合力矩定理（20分钟）平面力系的简化平面力系：各力的作用线都分布在同一平面内，既不汇交于同一点，又不完全平行。平面力系向其作用面内任一点简化，得到主矢R和主矩Mo。平面力系简化结果讨论：若R≠0，Mo=0，则原力系简化为一个合力R，并通过简化中心的原力系的合力。若R=0，Mo≠0，则原力系简化为一个力偶，力偶矩等于原力系对简化中心的主矩，与简化中心位置无关。若R≠0，Mo≠0，则此力系可进一步简化为一个合力，使d=Mo/R，转移力偶。若R=0，Mo=0，则原力系为平衡力系合力矩定理合力矩定理：当平面力系可以合成为一个合力时，则其合力对于作用点内任一点的矩，等于力系中各分力对同一点的矩的代数和。例：1-3，1-4作业布置本章习题6、7、8课外复习、预习内容安排复习：1.1静力学基本概念、1.2约束和约束反力、1.3分离体和受力图预习：1.8平面力系的平衡方程主要参考文献资料《过程设备设计》，郑津洋，化学工业出版社，2005；《GB150-1998钢制压力容器》，国家技术监督局，1998。《化工轻工机械设计基础》，陈经梅等，浙江大学出版社，1994年《工程力学》（上）、（下），张新占等，西北工业大学出版社，2001年备注作业问题：1受力图中约束没有去掉2二力杆概念不是很清楚3图要用尺子去画4内力要去掉上海应用技术学院教案周次2第3次课学时2授课时间2009年9月25日章节名称1.物体的受力分析和静力平衡方程1.8平面力系的平衡方程本次授课目的与要求目的：1使学生掌握平面力系的平衡方程。2复习上节学到的力学基本概念，求解平衡系统的约束反力。要求：学会利用平面力系的平衡方程求解约束反力。本次教学重点与难点重点：平面力系的平衡方程。难点：利用平面力系的平衡方程求解约束反力。授课方法与手段结合实物，课堂讲授。基本教学内容提要及时间分配1.8平面力系的平衡方程物体在平面力系作用下处于平衡的充分必要条件：若主矢量R=0，主矩M=0，则为平衡力系（15分钟）例1-5（15分钟）注意教材中文字描述和图中的P和F要一致。首先要看懂题目约束的种类？外力的数目和性质？构件的自重有否要考虑？坐标轴的选取？约束反力方向的选取？从计算结果来看，各力方向与实际方向是否一致。例1-6（15分钟）简化模型翻倒的条件？例1-7（15分钟）回忆金工实习时的车床加工工艺。顶针。注意固定端约束的特点例1-8（15分钟）刚体系的概念：由若干个刚体通过适当的连接方式所构成的系统。刚架自重往往不计。例1-9（15分钟）对于同时受到横力和弯矩的系统，与简单系统求解方法相同，只是繁琐一些。有时会遇到静不定问题，只通过平衡方程无法求解。通过平衡方程，变形协调方程和物理方程（虎克定律）。求解物体平衡问题的解题方法和步骤：1确定研究对象，取分离体，画受力图。注意刚体之间作用力与反作用力之间的关系。2选取合适的坐标轴，列静力平衡方程。为例便于计算，坐标轴的方位应尽量与较多的力平行或垂直；矩心尽量选在未知力作用线的交点上。3解平衡方程，求解未知力。作业布置本章习题9、10课外复习、预习内容安排复习：1.4力的投影合力投影定理1.5力矩力偶1.6力的平移1.7平面力系的简化合力矩定理预习：1.9空间力系主要参考文献资料《过程设备设计》，郑津洋，化学工业出版社，2005；《GB150-1998钢制压力容器》，国家技术监督局，1998。《化工轻工机械设计基础》，陈经梅等，浙江大学出版社，1994年《工程力学》（上）、（下），张新占等，西北工业大学出版社，2001年备注作业问题：注意解题步骤上海应用技术学院教案周次3第4次课学时2授课时间2009年9月29日章节名称1.物体的受力分析和静力平衡方程1.9空间力系习题课本次授课目的与要求目的：1使学生掌握平面力系的平衡方程。2复习上节学到的力学基本概念，求解平衡系统的约束反力。要求：