机械设备

化工机械设备基础

一、选择题

1、工程上把能使物体发生运动或运动趋势的力叫做主动力。

2、为了使受力情况的分析能清晰地表达出来，需要把所分析的物体(即研究对象)从跟它发生联系的周围物体中分离出来，这个被分离出来的研究对象称为分离体。

3、柔性物体约束是从绳索、链条、皮带等一类柔性物体抽象出来的，这类约束的特点是只能物体沿这物体被拉直的方向运动。因此，约束反力只能是拉力。 4、当两个物体的接触面比较光滑或有良好的润滑时，接触面间的摩擦力很小，可以忽略不计，这类约束叫做光滑面约束。这种约束的约束反力属于支持力。 5、要达到固定端约束的效应，在一般情况下必须存在三个约束反力。 6、表示分离体及其所受之力的图称为受力图。 7、如果作用在物体上诸力的作用线位于同一平面内，且汇交于一点，则这种力系称为平面汇交力系。 8、平面汇交力系的平衡条件是力系的各个力在互相垂直的两个坐标轴上投影的带书和都等于零。 9、在外力作用下，杆件变形有四种基本形式，分别是：拉压变形、弯曲变形、剪切变形、扭转变形。 10、直杆受轴向拉伸或压缩时的强度条件是:maxN。 A11、直杆受到轴向拉伸时，在与横截面成450的斜截面上的剪应力最大，在与横截面成00的斜截面上正应力最大。 12、直杆在受到轴向拉伸或压缩时，当应力不超过比例极限时遵循虎克定律，虎克定律的表达式是：E。 13、衡量材料抵抗冲击能力的指标称为冲击韧性，冲击韧性的单位是：焦耳。 14、材料的机械性质是材料本身固有的性质，材料的机械性质有强度、塑性、硬度等，横截面积、刚度不属于材料的机械性质。 15、材料力学所研究的一切物体都是变形固体。 16、一直杆在通过杆的轴线的一个纵向平面内，如果受到垂直于轴线的外力(即横向力)或力偶作用，杆的轴线就变成一条曲线，这种变形称为弯曲变形。 17、梁弯曲正应力的强度条件是：maxMmax。 WzTmax。 Wp18、实践指出，对于机械中一般简化为梁的构件，弯矩往往是引起破坏的主要因素。 19、圆轴扭转变形的强度条件是：max20、在考虑压杆稳定性的时候，需要计算临界压力Fcr，而杆长l、弹性模量E、横截面的惯性矩I、杆端的支撑情况等与临界压力有关，压力F、压杆的体积V与其无关。 21、区分压杆属于细长杆、中长杆或粗短杆的依据是：压杆的柔度。

22、在计算压杆稳定性的时候，欧拉公式适用于细长杆，直线公式适用于中长杆、压缩强度公式适用于粗短杆。

23、合金铸铁不属于铸铁。

24、金属材料1Gr18Ni9属于不锈钢。

25、压力容器按承压性质分类，当设计压力p=0.08MPa属于常压容器。

常压容器：P＜0.1;低压容器(L)：0.1≤P＜1.6；中压容器(M)：1.6≤P＜10；高压容器(H):10≤P＜100;超高压容器(U):P≥100。

26、按安全监察分类，压力容器危险性最高的是三类压力容器。

27、在薄壁压力容器中，经向应力和环向应力相等是受气压的球形壳体。

pRpDpRpD薄壁压力容器应力分析：①受气压力的圆筒形壳体：σ1;σ2; 2δ4δδ2δpRpD ②受气压力的球形壳体：σ； 2δ4δprpR2pr ③受气压力的锥形壳体：σ1；σ2。 2δcosαδδcosα28、在内压封头中，半球形封头最小厚度可以小于筒体的最小厚度 29、外压容器需要考虑稳定性问题。 30、用钢板卷制而成的筒体，其公称直径的数值等于内径；当筒体直径较小时可直接采用无缝钢管制作，此时公称直径的数值等于钢管外径；而对于管子的公称通径，它既不是管子的外径也不是管子的内径，而是略小于外径的数值；只要管子的公称通径一定，它的外径也就确定了；对于常用壁厚规格的管子，管子的内径就接近于管子的公称通径。

二、判断题

1、工程上把对于某一构件的活动起着作用的其他物体叫做约束。 2、我们对物体进行受力分析，就是在已经确定主动力作用下，求出约束反力的大小和方向。 3、柔性物体约束的约束反力只能是拉力。 4、光滑面约束只能阻止物体沿着接触点的公法线面趋向支承面的运动，但不能阻止物体离开支承面和在支承面的切平面内运动。 5、固定铰链约束的作用是阻止物体在与销钉的轴线相垂直的平面内沿任何方向移动。 6、活动铰链约束的特点是只支座沿着垂直于支承面方向的运动。 7、要达到固定端约束的效应，在一般情况下必须存在三个约束反力。 8、表示分离体及其所受之力的图称为受力图。 9、作用力和反作用力不是一对平衡力。 10、平面汇交力系的平衡条件是：力系的各个力在互相垂直的两个坐标轴上投影的代数和都等于零。

11、平面力偶对其作用平面内任意一点的矩，与该点(矩心)的位置无关，始终是一个常量。12、根据力线平移原理，平面一般力系能转换成一个平面汇交力系和一个平面力偶系。 13、在材料力学中所研究的一切物体都是变形固体。

14、两端铰链，中间不受任何外力，而且处于静止状态的杆件都是二力构件。 15、内力是由于外力作用后所引起的，外力愈大，构件所产生的内力也就愈大。 16、在轴力图中，应将拉力绘在X轴的上侧，压力绘在X轴下侧。

17、用截面杆件假想地切开，使内力转化为外力，然后运用静力平衡条件求出截面上内力的方法，称为截面法。

18、直杆承受拉伸或压缩时，通常取拉伸时的轴力作为正值，压缩的轴力做负值。 19、杆件受外力拉压时是否破坏，决定于它的横截面积上各个点的应力大小。 20、直杆受到轴向拉伸时，在与横截面成450的斜截面上剪应力最大。 21、对于机械中一般简化为梁的构件，弯矩往往是引起破坏的主要因素。 22、直梁在发生弯曲变形时，既要考虑强度条件，又要考虑刚度条件。

拉压变形：强度问题；弯曲变形：强度、刚度问题；剪切变形：强度问题；扭转边形：强度、刚度问题。

23、直杆只有在受到压力作用的时候存在稳定性的问题，在受到拉力作用的时候不存在稳定性的问题。

24、欧拉公式只适用于细长杆，而不适用于中长杆和粗短杆。 25、改善支撑情况可以提高压杆的稳定性。 26、不锈钢不属于碳素钢。 27、内压容器一般不需要考虑稳定性问题。 28、按设计规定，封头中只有球形封头的最小厚度可以小于筒体的最小厚度。 29、内压容器在制造完成后需要进行压力试验，外压容器在制造完成也需要进行压力试验。 30、用钢板卷制而成的筒体，其公称直径的数值等于内径，当筒体直径较小时可直接采用无缝钢管制作，公称直径的数值等于钢管的外径。

三、简答题

1、工程上常见的约束形式有哪些？ 答：柔性物体约束、光滑面约束、固定铰链约束、辊轴支座约束、固定端约束。 2、平面汇交力系的平衡条件有哪些？ 答：力系的各个力在相互垂直的两个坐标轴上的投影的代数和都等于零。 3、平面一般力系的平衡条件有哪些？ 答：①所有各力在X、Y轴上投影的代数和均为零；②所有各力对于平面内的任一点取矩的代数和为零。 4、为了保证整个设备在外力作用下安全可靠地工作，每个构件都必须满足的三个基本要求是什么？ 答：①具有足够的强度；②具有一定的刚度；③具有足够的稳定性。 5、材料力学的四个基本假设是什么？ 答：连续性假设、均匀性假设、各相同性假设、小变形假设。 6、在外力作用下，杆件产生变形有哪几种基本形式？ 答：拉压变形、弯曲变形、剪切变形、扭转变形。 7、材料的机械性质包括哪几方面？

答：强度、塑性、韧性、硬度四个方面。

8、低碳拉伸试验的整个过程大致可分为哪几个阶段？ 答：弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩断裂阶段。 9、剪力符号和弯矩符号是怎样规定的？

答：剪力符号规定：凡使一微断梁发生左侧截面向上，右侧截面向下作用相对错动的剪力为正；

弯矩符号规定：弯矩M使梁弯曲时，凹面向上的弯矩为正值，凸面向上的弯矩为负值。

10、提高梁弯曲强度的主要途径有哪些？

答：①选择合理的截面；②合理布置支座和载荷作用位置。 11、提高梁弯曲刚度的主要途径有哪些？

答：①减小跨度或增加支座；②选用合理的截面形状。 12、简要说明细长杆、中长杆、粗短杆是怎样区分的？

答：判断圆杆柔度与p和s的关系：①当p时为细长杆，欧拉公式； ②当p＞＞s时为中长杆，直线公式； ③当s时为粗短杆，压缩强度公式。 13、细长杆的临界压力Fcr大小主要和那些因素有关？ 答：①压杆长度越长，受压时就越容易弯曲，也就越易失稳，即Fcr的大小与压杆的长度有关； ②在其他条件相同条件下，Fcr的大小与材料的弹性模量E有关； ③Fcr的大小与很截面的几何形状有关； ④Fcr的大小与杆端的支撑情况有关。 14、提高压杆稳定性的措施有哪些？ 答：①合理选材，使钢材弹性模量E值增大；②改善支承情况；③减少杆的长度；④选择合理的截面形状以提高截面惯性半径i的数值；⑤改善压杆的结构。 15、铸铁和钢的主要区别是什么？如何区分铸铁和钢？ 答：区别：碳含量不同； 区分：碳含量为0.02％-2％时是钢；碳含量为＞2％时是铸铁。 16、请说明碳素钢Q235-A▪F-GB700-88各个符号和数字代表的含义？ 答：①Q：代表结构钢屈服点，“屈”汉语拼音首字母； ②235：表示该钢种在厚度小于16mm时的最低屈服点； Q235表示最气屈服点235MPa的A级碳素钢； ③A：产品等级(分为A、B、C、D四个等级); ④F:脱氧程度(分为F、b、Z、TZ)； ⑤GB700-88：国标号。 17、铸铁可分为哪几类？

答：铸铁分为：灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁。

18、内压容器和外压容器的主要区别是什么？如何区分内压容器和外压容器？ 答：区别：容器内外压力差不同；

区分：当壁外压力大于壁内压力时为外压容器；当壁外压力小于壁内压力时为内压容器。 19、薄壁内压容器的微体平衡方程和区域平衡方程的表达式是什么？ 答：微体平衡方程式(拉普拉斯方程式)：

12R1R2P； S

Pr。

2cos20、常见的内压薄壁容器的封头有哪些类型？至少写出5种。

答：常见的内压薄壁容器封头有：半球形封头、椭圆形封头、蝶形封头、拱形封头、圆锥形封头、平板封头。

四、作图题

做出各项厚度之间的关系图：

五、论述题 1、当圆轴传递的功率保持不变时，降低圆轴的转速是否会引起扭矩减小；反之，提高圆轴的转速是否会引起扭矩增加？请详细说明理由。 PP答：因为TnTA0，所以TnTA；又因为TA9.55，所以Tn9.55 nn ①当P保持不变时，n减小，不会引起扭矩的减小； ②当P保持不变时，n增大，不会引起扭矩的增大。 2、为了加快反应罐内料液的搅拌速度，拟把桨式搅拌器的转速n增加一倍，此时搅拌所需的功率P是否会改变？搅拌器上的扭矩Tn将会增大还是减小？请详细说明理由。 (提示：此题应分析搅拌轴转速n增加时，是否会引起功率的改变？已知作用在桨叶上的流体 区域平衡方程式：1阻力qn2，而搅拌器所消耗的功率Pqn。) 答：①功率P会改变，当转速n增加一倍时，作用在桨杆上的阻力q增大为原来的4倍，而搅拌器所消耗的功率P增大为原来的8倍； P ②扭矩Tn会增大，由Tn9.55可知，当P=0.8P1时，n=2n,Tn4Tn0。 n3、试分析比较图中两种齿轮的布局，哪一种布局对提高传动轴强度有利？请详细说明理由。

答：分别利用截面法对(a)、(b)进行受力分析：

(a)的左端所受到的扭矩为T1，右端受到的扭矩为T3；

(b)的左端所受到的扭矩为T2，右端所受到的扭矩为在齿轮稳定转动过程中，应处于受力

T1T2T3；T1＞T2且T1＞T3；平衡状态，因此矩的总和和顺时针扭矩的总和是相等的，即：所以：

(a)和(b)的右端受到的扭矩都是T3；(a)的左端受到的扭矩而(b)的左端受到的扭矩T2，因为

T1＜T2，所以(b)的高轴的强度有利。

六、计算题

1、圆轴形容器重力为G，置于托轮A、B上，如图所示，试求托轮对容器的约束反力。

2、某化工厂起重用的吊架，由AB和BC两杆组成(如图)，A、B、C三处均为铰链连接。在B处的销钉上有一个小滑轮，它的质量和尺寸都可略去不计，吊索的一端经滑轮与盛有物料的铁筒相连，设筒和物料重W=1.5KN，吊索的另一端绕在卷扬机纹盘D上。当卷扬机开动时，铁筒即等速上升。略去杆重，求AB和BC杆所受之力。

3、设人孔盖所受重力G=500N，当打开人孔盖时，F力与铅垂线成300(如图)，并知a=288mm，b=440mm，h=70mm。试求F力及约束反力N。

4、梁AB的支座如图所示。在梁的中点作用一力F=20KN，力和梁的轴线成450，如梁的重力略去不计，试求A、B的支座反力NAx、NAy、NBy。

5、AB的支座如图所示。在梁的中点作用一力F=20KN，力和梁的轴线成450，如梁的重力略去不计，试求A、B的支座反力NAx、NAy、NBy。 6、某塔侧操作平台的梁AB上，作用这分布力q=0.7KN/m。横梁AB及撑杆C的尺寸如图所示，求CD撑杆所受的力。

7、图为一个双压手铆机的示意图，作用于活塞杆上的分别简化为F1=2.62KN，F2=1.3KN，F3=1.32KN,计算见图如图所示。试求活塞杆的横截面1-1和2-2的轴力图，并作活塞杆的轴力图。

8、管架由横梁AB，拉杆AC组成(如图)，横梁AB承受管道的重力分别为G1=8KN，G2=G3=5KN，横梁AB的长度l=6m，B端由支座支承，A端由直径为d的两根拉杆(圆钢)吊挂着。圆钢的需用应力[σ]=100MPa，试确定圆钢截面尺寸。

9、试求图示各杆1-1,2-2及3-3截面上的轴力，并作轴力图。 10、图示钢杆，已知：杆的横截面面积等于100mm2，钢的弹性模量E=2×105MPa，F=10KN，Q=4KN，要求： (1)计算钢杆各段内的应力，绝对变形和应变； (2)计算钢杆的总变形； (3)画钢杆的轴力图。

11、图示连杆端部是两个螺栓把相互分离的两部分练成整体，若连杆上作用力F=128KN，螺栓根径d=37mm，螺栓材料的许用应力[σ]=60MPa，试校核该螺栓的强度。

12、上段由铜，下段由钢做成的杆，其两端固定，在两端连接的地方受到力F=100KN的作用，设杆的横截面面积都为A=2000mm2,。试求杆各段内横截面上的应力。已知：E铜=1×105MPa，E钢=2×105MPa。

13、在筒略计算管道强度时，可把管道筒简化为如图所示受均布载荷作用的筒支梁。已知物料和管道的重为q=500N/m，管道跨度为l=1m，试作管道的剪力图和弯矩图，并指出危险截面的位置。

14、图示各梁承受的载荷F=10KN，q=10KN/m，l=1m，a=0.4m。试列出各梁的剪力、弯矩方程并作出剪力、弯矩图，求出Qmax，Mmax。

15、图示各梁承受的载荷F=10KN，q=10KN/m，m0=10KN•m,l=1m,a=0.4m。试列出各梁的剪力、弯矩方程并作出剪力、弯矩图，求出Qmax，Mmax。

16、某鼓风机的转轴可简化成图示的外伸梁，已知联轴器中G1=0.6KN,叶轮重G2=2KN，轮轴自身重q=0.5KN/m。试作出弯矩图并求出最大弯矩Mmax。

17、如图所示的起重吊钩，起吊重物F=20KN，钢板厚度δ=8mm，销钉的材料为16Mn，其许用应力[τ]=140MPa，许用挤压应力jy230MPa，试设计销钉直径d。

18、冲床的最大冲力F=400KN，冲头材料的许用挤压应力jy440MPa，被冲剪的钢板的剪切强度极限b=360MPa，求最大冲力作用下所能冲剪额圆孔的最小直径d和钢板的最大厚度δ。

19、阶梯形圆轴如图所示，d1=40mm，d2=70mm。已知由轮3输入P3=30KW,轮1输出为P1=13KW,轴做匀速转动，转速n=200r/min，材料的许用剪应力[τ]=60MPa，G=8×140MPa，许用单位扭转角02o/m。试校核该轴的强度和刚度。

20、Q235-A的压杆，直径d=50mm，长度l=1500mm。若杆的一端固定，另一端铰接，试计算此压杆的临界压力。

(已知：E2105MPa,0.7,p100MPa,s61.4MPa,a303.8MPa,b1.12MPa)