化工设备机械基础课后习题答案(较完整版)__第二版__赵军张红忱段正红主编__来自西大

FBAFAFBFAB第一章习题讲解FAFB1-4棘轮装置如图1-36所示。通过绳子悬挂重量为G的物体，AB为棘轮的止推爪，B处为平面铰链。试画出棘轮的受力图。X0Y0GSA′G0FAFBGT0,cos30,2030,sin30,103YTGTKNXTPPKN解：取反应器为研究对象，画受力图如图30°PGTXy123mmmRl0()mR0()mF解设两螺栓受到的横向力为R，由合力矩原理=代入数值得R=22kN0AM0X0Y2XB－G×1=0，XB=10kNXA+XB=0，XA=-10kNYA－G=0，YA=20kNAB解以侧塔为研究对象，由平衡方程A、B点受力如图YAXAXB解取支架BC为研究对象画受力图如图CBSCSBSB＝8.64kN-G×400-G×(400+720)+SB×(400+720)sin45°=0∑MA＝0ABGGYAXASB′取支架AB为研究对象,画受力图如图（2）∑X=0,XA+SB×cos45°=0,XA=-6.11kN∑Y=0,YA+SB′×sin45°－2G=0,YA=2.89kN223KN0Y0YFAY+FBY=P0XFAX+FBX=00AM-P·2000+FBY·4000=0联立得FAY=FBY=1/2P=1/2KN0CMP·6000－FAY·8000－FFE·3000·sin45°=0FFE=FAY+FCY+FFEsin45°－P=0FCY=16KN解：取AB为研究对象，受力如图取AC为研究对象，受力如图0XFAX－FFEsin45°=0FAX=23KN0X12cos45cos450TT0Y12sin45sin450PTT解：以节点A为研究对象，受力如图1222TTP得以B节点为研究对象，受力如图3422TTP'514cos45cos450TTT5TP以C节点为研究对象，受力如图同理可得′30解：111222()()0TtrTtr222TtKN222Tt24TKN22tKN0ZM4.125BYNKN得：∵NAyNAZNByNBZ0XM1122[()500()sin301500)]20000BYTtTtN22()sin30150020000BZTtN3.897BZNKN0Z1.299AZNKN1122()()sin300AyByNNTtTt6.375AyNKN0Y22()cos300AZBZNNTt0YM同理，可以计算横截面2-2上的轴力FN2，由截面2-2右段图（c）的平衡方程∑Fx=0，得FN2=F（压）同理，可以计算横截面3-3上的轴力FN3，由截面3-3右段图（d）的平衡方程∑Fx=0，得FN3=0解b使用截面法，沿截面1-1将杆分成两段，取出右段并画出受力图（b）用FN1表示左段对右段的作用，由平衡方程∑Fx=0，得FN1=F（拉）同理，可以计算横截面2-2上的轴力FN2，由截面2-2右段图（c）的平衡方程Fx=0∑，得FN2=F（压）同理，可以计算横截面3-3上的轴力FN3，由截面3-3左段图（d）的平衡方程∑Fx=0，得FN3=F（拉）解1、内力计算用截面法分别计算左段和右段的内力并作杆的轴力图（b）得F左=4kN（拉）F右=4kN（拉）32594FL4104010L0.63710mEA2001016104右右右右（）32594FL4108010L5.095510mEA200104104左左左左（）右段：324F41012.73MPaA2104左左左324F4103.18MPaA4104右右右LLL右左555.0955100.6371055.7310m（）3、总变形计算ABF3G3ABAB6ABF32010110.3MPa[]l60MPaA400104BC3BC6BCF2201031.85MPa[]l60MPaA16001042-4蒸汽机的汽缸如图2-37所示，汽缸的内径D＝400mm，工作压力P＝1.2MPa。汽缸盖和汽缸用直径为18mm的螺栓连接。若活塞杆材料的许用应力为50MPa，螺栓材料的许用应力为40MPa，试求活塞杆的直径及螺栓的个数。解：作用在活塞杆截面的工作应力22N22DPFD4PdAd4ππ由强度条件有即22DPd所以26226D1.210dP4003840mm5010即活塞杆的直径d62mm由强度条件式得2N2DP'F4''D'nA'4nππ整理得262262PD1.21040014.8D''401018n螺栓应至少为16个解选取C为研究对象1、如图所示，由平衡方程得∑Fx=0FACCos30o－FBCCos30o=0∑Fy=0FACSin30o－F＋FBCSin30o=0解得FAC=FBC=F641ACACFA16010212.7410406.78KNσ642BCBCFA1001035.5810355.8KNσACBCFFF355.8KNF355.8KN2、许用应力为杆AC的承载极限：杆BC的承载极限：由得2-6图2-39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=200GPa；杆2为铜制圆杆，直径d2=25mm，E2=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，求两拉杆内横截面上的正应力。AXBBFXM=0F=F2F2，BAAF2XM=0F2X=F2F2（－），（－）AABBAABBFFEAEA解有平衡方程得由FA引起的变形等于FB引起的变形即有926926F2XFX1.512220010201010010251044（－）ππAF13.8KNBF16.2KN3AA26AF13.81043.97MPaA20104σπ3BB26BF16.21032.97MPaA25104σπ解得X=1.08m，当F=30KN时，正应力正应力2-7目2-40所示销钉连接、已知F＝18kN．板厚t1＝8mm，t2＝5mm．销钉与板的材料相同，许用切应力[τ]＝60MPa．许用挤压应力[σp]＝200MPa。试设计销钉直径d。3221pp1821060MPa2Ad2d4ττππd14mm3pp321pp1810200MPaAtd810d1σσ解许用剪应力得挤压应力得d11mm3pp312pp1810200MPa2At2d5102d1σσ挤压应力得d9mm综上可知d14mmbh20mm12mm100mmM2KNm80MPaτp200MPaσ2-8如图2-41所示，齿轮与轴用平键连接，已知轴直径d=70mm，键的尺寸，传递的力偶矩；键材料的许用应力，试校核键的强度。解对轴心取矩，由平衡方程得：力偶sd22MF57.1KN20.07剪切面积为2Ab201002000mm切应力3s61F57.11028.55MPa80MPaA200010τ校核键的挤压强度，挤压面积22h12100A600mm22挤压应力3spp62F57.11095.17MPa200MPaA60010σσ习题解答解：钢轴抗扭截面模量316tdWmaxtTW根据扭转的刚度条件代入数值得：m=157N·m根据9550Nmn解得：N=1.64kW11max2112.08(0.075)16tTW22max20.44.83(0.075)16tTW（2）（1）PTlGI123（3）根据341119411023281080100.075PTlGI32222.4110PTlGI3333810PTlGI0.01120.642MPaMPaMPa33max20.22.42(0.075)16tTWradradrad（4）若m1和m2的位置互换，10.6T20.4T30.2TkN·mkN·mkN·m最大剪力减少，所以用料将降低/0.8dD解：3000.5150TPN·m6346010116tTTDW由解得：22.7810D22.2310dmm(1)列剪力方程和弯矩方程S2()=(0)()(0)2FxqlqxxlqxMxqxlxl(2)作剪力图和弯矩图S()=0(0)()(0)FxxaMxFaxa（2）列剪力方程和弯矩方程（3）作剪力图和弯矩图S1()=(a2)()()(a2)FxFxaMxMFxaxa1120FaMFaMFa，求得（2）列剪力方程和弯矩方程（3）作剪力图和弯矩图S1()=(0)()(0)FxFxaMxMFxxaS1()=(a2)()(a2)FxFxaMxMFxMexa120FaMMeAy13FFMFa（2）列剪力方程和弯矩方程（3）作剪力图和弯矩图S21()=(0)()+(0)2AyFxqlqxxlqxMxMFxxl212AyqlFqlM2102qlMeM（2）列剪力方程和弯矩方程30233024ABBqlFFqllFl3988ABqlqlFFS23()=(0)83()(0)82qlFxqxxlqlxqxMxxlS23()=(1.5)()2332()()22lFxqlxlxlqxlMxlx当时，38xl当时2S9=0128qlFMxl28qlM2maxmax588qlqlFM（3）作剪力图和弯矩图（2）列剪力方程和弯矩方程442420ABCBCFFFqFFq1.3kNABFFS2()=(02)()(02)2AAFxFqxxqxMxFxx222220BCBFFaqaFqaqa322BCaqFqaF（2）列剪力方程和弯矩方程S2()=0(0)()(0)FxxaMxqaxaS2()=(a3)(3)()(3)(a3)2BBFxqxFxaqaxMxFaxxa80.5178429.440ABMF-3AB851710+29.4F=F==16.768kN2查表4-2，32a工字钢的抗弯截面系数WZ=692×10-6m3(2)列弯矩方程，求Mmax22()(04)2()(4)(48)2AAqxMxFxxqxMxFxFxxmax462.936kNmxM当时，有3maxmax662.936106921090.95MPa120MPaZMW4-2满足要求（1）求支座底部弯矩M环形截面的抗弯截面系数W2max=23.4kNm2qhMM3maxmax323.4106.334103.694MPaMW3433(1)W=6.3341032Dm110.0082DD内外（1）当P作用在AB梁的中点时FA=FB=0.5FFC=FD=0.5F(2)当P作用在AB梁的中点时maxF=224lFlMmaxmax1.3ZMW/maxmax()