化工设备机械基础习题及答案.docx
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化工设备机械基础习题及答案
及BD的受力大小。
设BCBD与水平夹角为60C
2.桅杆式起重机由桅杆D起重杆AB和钢丝BC用铰链A连接而组成。
P=20KN,试求
BC绳的拉力与铰链A的反力(AB杆重不计)
3.起吊设备时为避免碰到栏杆,施一水平力P,设备重G30KN,求水平力P及绳子拉
力To
4.
悬臂式壁架支承设备重
Rkn),壁架自重不计,求固定端的反力
TnTlp
5.化工厂的塔设备,塔旁悬挂一侧塔。
设沿塔高受风压q(N/m),塔高H(m),侧塔
与主塔中心相距为e(m),主塔重Pi(kn),侧塔重P2(kn)。
试求地面基础处的支座反力。
6.
梯子由AB与AC两部分在A处用铰链联结而成,下部用水平软绳连接如图放在光滑
面上。
在AC上作用有一垂直力P。
如不计梯子自重,当P=600N,=75C,h=3m
a=2m时,求绳的拉力的大小。
.7
杆的横截面面积A为250mm,P=10KN。
3(b)(c) P=30KN其伸长为△L=。 试求此杆横 8.—根直径d=3mm长L=3m的圆截面杆,承受轴向拉力 截面上的应力与此材料的弹性模量E。 参考答案 9.一根钢杆,其弹性模量E=xio5MPa比例极限p=2i0MPa在轴向拉力P作用下,纵向线应 变=。 求此时杆横截面上的正应力。 如果加大拉力P,使杆件的纵向线应变增加到=,问 此时杆横截面上的正应力能否由虎克定律确定,为什么 10.两块Q235-A钢板用E4301焊条对焊起来作为拉杆,b=60mm=10mm已知钢板的许用应力 []=160MPa,对接焊缝许用应力[]=128MPa拉力P=60KN。 试校核其强度。 11.已知反应釜端盖上受气体内压力及垫圈上压紧力的合力为400KN,其法兰联接选用Q235-A钢 制M24的螺栓,螺栓的许用应力[]=54MPa,由螺纹标准查岀M24螺栓的根径d=,试计算需 要多少个螺栓(螺栓是沿圆周均匀分布,螺栓数应取4的倍数)。 12.简易支架可简化为图示的铰接三角形支架ABCAB为圆钢杆,许用应力[]=140MPa;BC为 方木杆,许用应力[]=50MPa。 若载荷P=40KN,试求两杆的横截面尺寸 13.某设备的油缸,缸内工作压力P=2MPa油缸内径D=75mm活塞杆直径d=18mm已知活塞杆 的[]=50MPa,试校核活塞杆的强度。 参考答案 1-13.解: 横截面上的应力: ~4~~1~4V MP 因为: MP,所以该活塞杆的强度不够 14. 卧式容器,支承在支座A和B上,容器总重3500KN,作用于中点,两支座A、B的垫板之 需的尺寸 15. a■gliCVin AjJLLililjUHtrjiB lkNCltNR皿 试列岀图示各梁的弯矩方程,并画弯矩图,求岀Mn; HACW*iHXr 16. 卧式贮耀,内径为1600mm壁厚20mm圭寸头高H=450mm支座位置如图,L=8000mm q=28N/mm简化 a=1000mm内贮液体,包括贮罐自重在内,可简化为单位长度上的均布载荷 图如(b)。 求罐体上的最大弯矩和弯曲应力 (H) 17.悬臂管道托架上,支承管道重P=8MPal=500mm梁用10号工字钢,材料的弯曲许用应力 []=120MPa。 问工字梁的强度是否足够。 18.分馏塔高H=20m塔内径为1000mm壁厚6mm塔与基础的固定方式可视为固端,作用在塔 体上的风载荷分两段计算,q’=420N/m,q2=600N/m。 求风力引起的最大弯曲应力 19. AB两轴的 卧式容器筒体部分,总重40KN,支撑在容器焊接架的托轮上,已知支承托轮 作杆的材料的许用应力[]=150MPa。 试设计1-1及11-11截面的尺寸 7" ”-「 : 4 i. U a81 二 77777, 21.横梁设计为矩形截面h/b=3: 1,许用应力[]=160MPa,求此梁的最大挠度和最大转角 钢材的弹性模量E=x105MPa图中P=20KN,q=10KN/m,l=4m。 参考答案 22.销钉联接,已知P=18KN,板厚ti=8mmt2=5mm销钉与板的材料相同,许用剪应力[]=60MPa, 许用挤压应力[jy]=200MPa销钉直径d=16mm试校核销钉强度 23.齿轮与轴用平键联结,已知轴直径d=70mm键的尺寸bxhxl=20X12X100(mm,传递的 力偶矩m=2KN-m键材料的许用应力[]=80MPa,[jy]=200MPa试校核健的强度 24.已知圆轴输入功率M=50KW输岀功率N=30KWZ=20KW。 轴的转速n=100转/分, []=40MPa,[]=°/mG=x104MPa设计轴的直径d. 参考答案1-24解: 销钉所受的的最大剪应力为: 丹2IS閱护冬誓£ ': : 一: MP 销钉所受的的最大挤压应力为: ISxIO3 0.016x0.008 MP MO 某搅拌轴材质为45号钢,其许用应力[]=31MPa,轴的n=20r/min,传递功率为N=5KW试 求此实心轴的直径 26.某化工厂的螺旋输送机,输入功率为7.2KW现拟用外径D=50mm内径d=40mm的热轧无缝 钢管做螺旋的轴,轴的转速n=150r/min,材料的扭转许用剪应力[]=50MPa,问强度是否 足够 27.某反应器的搅拌轴由功率N=6KW的电动机带动,轴的转速n=40r/min,由89X10(外径 89mm壁厚10mm制成,材料的许用剪应力[]=50MPa。 试校核电动机输岀额定功率时轴的 强度。 28.一带有框式搅拌桨叶的主轴,其受力情况如图所示。 搅拌轴由电动机经过减速箱及圆锥齿轮 带动。 已知电动机的功率为,机械传动的效率为85%搅拌轴的转速为5r/min,轴的直径为 d=75mm轴的材料为45号钢,许用剪应力为[]=60MPa。 试校核轴的强度。 29.试求图示单元体内主应力的大小及方向,并在它们的中间绘岀仅受主应力作用的单元体。 30试求图示各单元体内主应力的大小及方向,并在它们中间绘岀仅受主应力作用的单元体。 参考答案 1-30 (c)解: 主应力为: 5=丄2’+三叱二|r-20+30)+-^-20-30? +4x20J=37 2J22 MP MP 扣叮: W沈-" 受主应力作用的单元体如下图中的蓝色线条所表示的: ? <) 31链环由直径d=20mm的圆钢制成,距离a=50mm钢材的许用应力[]=100MPa。 如果图示链环 有缺口,其许可拉力P为多大如果将缺口焊好,则其许可拉力P为多大 32手摇铰车如图所示。 轴的直径d=30mm材料为Q235钢,[]=80MPa。 试按第三强度理论求铰 .车的最大起重量P。 400」40* 33电动机的功率为9KW转速为715r/min,皮带轮直径D=250mm主轴外伸部分I=120mm主轴直 .径d=40mm若[]=60MPa,试用第三和第四强度理论来校核主轴的强度。 34千斤顶的螺杆由Q235-A钢制成,内径di=32mm最大升高I=30mm若起重量P=50KN,两端支 .座看成上端自由、下端固定,许用应力[]=160MPa,用折减系数法校合其稳定性。 35铸铁管外径D=200mm内径d=120mm长I=3000mn,两端看成铰链支座。 铸铁的许用应力 .[]=80MPa。 求此管最大许可压力。 习题参考答案 F.e=F^=5.^KN 2.t1_I.■I'”;■'■i■ 巳3cos75°-巴口cos45^=0 巳5=F協球N 3.ri: 心J: —匚二(: P-Fcos60°=0 P=\1.32KN 4. m£=pl 5. 理二拌 Fh=Q 巧=150AT 6. FJcosa-Fh-P(l-a)cosa=0DOM 7. 1-1 f=p=iory b二£二402畑 A 8. 9. 2—2 应二0 CT= 1-1 2-2 1-1 2-2 A F二尸二ioe F=F=1QKM P (7-一=AQMPa A 2P 0=—=筮皿A P g-—-4IWF口 A P b=一=AOAfPa A cr=4QMFm 3-3F=20册 a=^QMPa 不能用虎克定律计算横截面上的正应力,因为此时应力已远远超岀弹性范围。 故,强度足够 11. d4 n=24 12."-丁mCi 备=斗J"N0%>L 心—理c* F羁-备cosdr=0 嘔=2QKN 血=.143m? n2竝=894mm3 a-30rrarn d=14mm 13. p兰Q-护) F==33MP^<[e] % 4 14. A[(t]-yA=0,25m A=4a “=250mm b=1000朋加 15. (a) (b) (c) (d) qa=9q3 (e) (g) 9 呂 3 (i) (j) 0肿 (k) (l) (m) (n) 16 2 17 18 bh 20 12 25 所以,强度不够 =PL=4KN.m ^=yy=l63MPa>[a-] ■刖=3.3xl『 M二N0-L5=L73KHM >[(7] 19. N=0=11.5^1^ 4cos30° "存5x1旷 M=N«.15=l^KNM >[(7] a=4”^MPa IDjQGrf Mw=P(0.68-0.08)=4.8SV 2.15*j 12 -q\L^2(a+-H)=148.4^ 23 =200KN.m b=4Qmm h=120初也 3.125^ 21. 9a= 护 2AEI 48^1 16El =7.4mm 現=0.00023 OL=0.00023 22. P p €=_= -90MPa P ! =—= LA Id2寓 抗剪: '1抗挤: A tg 23. 2 P^57KN r=^=28JMP^<[r]bl g祷-二S3MPa<[(? y] —x/ 2 24.销钉所受的的最大剪应力为: P/2_F/2 石二如4 18xW3f2 314x0.0162/4 =49.8 MP、 kl 销钉所受的的最大挤压应力为: P 1S>c103 0.016x0.008 =140 < MP =9550x^=9550xA=1133.75ZAw 2720 三1153.75 M"31x1Qg -3.851xWsw3 26. M严如令7如曙™炳 而(―函汕曲 —=3\^MPa WLJ p 强度足够 27. 轴的外径: -r: 土_二1-二宀;. N6 Mr-9550X—-9550X—=1^32.5^-旳40 W-—(D4-df4)-8842^12^f1阳 r=—=16.2MPt? <[rl=刃艇皿昭」 Q 强度足够 28. Mr 9550x^-9550X 2.8^05% ~5~ -5348AT'龊 肥=0.2沪=84375^ 强度足够 29. 计算主应力和方向的公式为: 十by)十+辰1门产页;匕十込十巧W庙二歹忑 (a) a2--3()MPa (b) 1_j-2x20 =—堪 2-20-30 =w.r 屯=S^MPa (c) CF]=2A站MPa6=-6^: ^MPa%=22,5 30主应力为: 6W(6+耳)+1^-^)3+4t;=齐再+30)+7(-20-30)24-^x20s=37 MP MP |(-20+30)-ij(-2O-30)2+4k202=-27 受主应力作用的单元体如下图中的蓝色线条所表示的: 31 A点受弯矩和力的组合作用 口™y=—+<[cl-lOOJkiFa AW2 其中, M-圧|, 代入上式得: 32 本题为拉扭组合 最大剪应力在圆轴的外圆周上: r-—rM^-0.2护-0.2><303■540。 伽? Wp 最大的拉应力作用在轴的上下边缘处: 誥SZ叱■纫年■星 第三强度理论: L2 P-195N Mr=9550x—=9550x^=120.2ZA幷715 M遊=377=3^,2V 34 =6284 第三强度理论: 第四强度理论: =533\MPa<[川 =5\.AMPa<[b] j=304-1.12^fT 4M 4^2^300 ~32~ =75 cf^=304-1.12^=220^"220x_rf■EKN 35 P50 所以,千斤顶稳定 刁=332.2-1.4541 CT 4M.4^11000 ~T200~ =60 g=3322-1.4542=沁MPq GT 爲乂-245X^D3-屮)三492673 需用的最大压力为: P -49267/6•旨21KN
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