化工设备机械基础习题及答案

1、1. 化匸厂安装塔设备时，分段起吊塔体如图所示。设起吊重量G=10KN,求钢绳AB、BC及BD的受力大小©设BC、BD与水平夹角为60°C°2. 桅杆式起重机由桅杆D、起重杆AB和钢丝BC用较链A连接而组成。P=20KN,试求BC绳的拉力与较链A的反力（AB杆重不计）。3. 起吊设备时为避免碰到栏杆，施水平力P，设备重G=30KN,求水平力P及绳f拉力T.5化工厂的塔设备，塔旁悬挂侧塔。设沿塔高受风压(N/m)塔高侧塔与主塔中心相距为0(m),主塔重只(KN),侧塔重P：(KN)O试求地面基础 处的支座反力。6. 梯/由AB与AC两部分在A处用较链联结而成，下部用

2、水平软绳连接如图放在光滑面上。在AC上作用有垂直力如不计梯/自重，当P=600N, a=75eC.h=3m. a=2m时，求绳的拉力的大小°.7试用截血法求各杆件所标岀的横截断上的内力和应丿J。杆的横截面而积A为250mm2,P=10KN.&根肖径J=3mnn长厶=3m的圆截而杆.承受轴向拉力P=30KN,其伸长为 02.2mm。试求此杆横截面上的应力与此材料的弹性模量E.参考答案9-根钢杆，其弹性模虽民2.1x10讪Pa,比例极限OP=210MPa：在轴向拉力P作用下，纵向线应变S=0.001 o求此时杆横截面上的正应力。如果加人拉力P,使杆件的纵向线应变增 加到£

3、;=0.01,问此时杆横截面上的正应力能否由虎克定徐确定，为什么？10. 两块Q235-A钢板用E4301焊条对焊起来作为拉杆，/?=60mm, 8=10mmo已知钢板的许用 应力Q=160MPa,对接焊缝许用应力|<J=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|a=54MPa,由螺纹标准査111 M24螺栓的根径厶20.7mm, 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校接三角形支架ABU AB为圆钢

4、杆，许用应力a|=140MPa： BC为力木杆，许用应力|a=50MPao若载荷P=40KN,试求两杆的横截而尺寸。13.塞杆的|al=50MPa.试校核活塞杆的强度=BACK-INHX I*油缸内径D=75mm,活塞杆直径 厶18mm,已知汕参考答案1-13.解：横截面上的应力:PPc = = = = 480s 空竺 M14xQ0752 3.14X001F"4-44MPa因为:° 聲刘MPa,所以该活塞杆的强度不'1114.卧式容器，支承在支座A和B上，容器总重G=500KN,作用于中点，两支座A、B的垫 板之截面均为长方形，边长G”为1:4,若支座下的基础的许用

5、应力a=lMPa,试求垫板截 面所需的尺寸。15. 试列出图示各梁的弯矩方程，并画弯矩图，求il? Mnux.<8)q = 2kN/mBIII1IIIIII Hlllllllll5竺¥巴4军;仏：(d)令miriilllHliiiWUAIWN 卜XI (»TBlIKKIHIIIIYYin16. 卧式贮耀内径为016OOmm»壁厚20mm,封头高/=450mm；支座位置如图 L=8000mnb«=1000mmo内贮液体，包扌舌贮罐自重在内，可简化为单位长度上的均布载荷7=28N / mm 简化图如(b)°求罐体上的最大弯矩和弯曲应力。(b)

6、17. 悬臂管道托架上，支承管道重P=8MPa, /=500mm.梁用10号工字钢，材料的弯曲许用应力(a|=120MPao问工字梁的强度是否足够。18.分傑塔高居20m,塔内径为4>1000innn壁厚6mm,塔与基础的固定力式可视为固端作用 在塔体上的风载荷分两段计算，0=42ON/m®=6OON/m。求风力引起的最人弯曲应力。19.已知支承托轮A. B两轴的虎径厶50mm,材料的弯曲许用应力a=120MPao试校核该轴的强度。20.空气泵的操作杆，右端受力P=8KN,I-I及II截面尺寸和同，均为h/b = 3的矩形。若操作杆的材料的许用应力|al=150MPao试设计I

7、-I及II-II截而的尺寸。21.横梁设计为矩形截ft|/"=3：l,许用应力|a=160MPa,求此梁的最人挠度和最人转角。钢材的弹性模 1： E=2.OxlO5MPae 图中 P=20KMg=10KN/m, /=4m。参考答案22.销钉联接，已知P=18KN,板厚n=8mm, 25mm,销钉与板的材料相同，许用剪应力T=60MPa，许用挤压应力ajy=200MPa,销钉自:径二16mm,试校核销钉强度©23.齿轮与轴用平键联结，己知轴宜径 厶70mm,键的尺寸/?x/zx/=2Ox!2xlOO (mm),传递的力偶矩匸2KNm,键材料的许用应力T=8OMPa, q)y=

8、200MPa,试校核健的强度。24. 已知圆轴输入功率M=50KW,输出功率M-30KW, M=20KW。轴的转速71=100转/分, |T=40MPa, |(|) = 0.5o/m, G=8.0xl04MPao 设计轴的直径.参考答案1-24解：销钉所受的的最人剪应力为：_ F/2 _ P12 _18xQ3/2_% _ 乓一歳'兀 一 3 14x0 01/ “ 一销钉所受的的最人挤压应力为：旦=T “0 扣I0.016x0.008 MPa25. 某搅拌轴材质为45号钢，其许用应力|T=3IMPa,轴的=20r/min,传递功率为N=5KW。 试求此实心轴的直径。26. 某化1：厂的螺

9、旋输送机，输入功率为7. 2KW。现拟用外径£>=50inm.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T=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H=40r/min,由©89x10（外径 89mm,壁厚10mm）制成，材料的许用剪应力可=50MPn。试校核电动机输出额定功率时轴的 强度。28. 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2.8KW，机械传动的效率为85%,搅拌轴的转速为5r/min.轴的

10、 血径为=75mm,轴的材料为45号钢，许用剪应力为lj=60MPao试校核轴的强度。29. 试求图示单元体内主应力的人小及方向，并在它们的中间绘出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人小及方向，并在它们中间绘出仅受主应力作用的单元体。参考答枭1-30 (c)解：主应力为:6 =扣” + oj+f J(o”-Gj+4q2 = 1(-20 + 30) +gj(-20-3眇+4><202 = 37MPac2 = (ox + cjy) 一 J(cFy 一 巧>)'+ 41=(-20 + 30) 一 */(-20 30)2 4- 4 x 202 = -27

11、2 2 2 2MPa-2x20-20-30受主应力作用的单元体如下图中的蓝色线条所衣示的:31链环由肖径J=20mm的圆钢制成，距离a=50mm。钢材的许用应力a=100MPao如果图示链环有缺口，其许可拉力P为多人？如果将缺口焊好，则其许可拉力P为多人?32手摇狡车如图所示。轴的庖径 厶30mm,材料为Q235钢，Q=8OMPa。试按第三强度理论求较车的最大起重量P。33电动机的功率为9KW,转速为715r/min,皮带轮直径D=250mnn主轴外伸部分/=120mnn主 轴直径J=40mma若|a=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

12、径Ji=32mnu最人升高/=30mmo若起重§P=50KN,两端支座看成上端自由、下端固定，许用应力|a=160MPa,用折减系数法校合其稳定性。35 铸铁管外径£)=200mnn内径120mm.长/=3000mnn两端看成铁链支座。铸铁的许用应力<J=80MPa。求此管最人许可压力。习题参考答案】 2F5£）sin 60°-（7 = 0F£C = Fsd = 5.N2.Z7朋 cosl5°-（冯o cos 45° +刁=0100575°- cos45°= 0氐=283灼7F配=Z3比N2&

13、;3册3Fcos30°-C7=0P _ F cos 60° = 0P = 17.32 疋N5-理=qHM二纟/+啟2 26. 珥cosa-Fh 一 P（l 一 a）cosa = 0costr- Fh = 0F 二二 50NF2 = 5W7.1-1F = P =A=40 施2-2F=0cr = 0)1-1F =P =10初POF= A=AOMPa2-2F=2P'=2orzvCT=.2P=MPaA©1-1F =P=ZNpCF=A=40 胚2-2= P=10KNP b=A=40 胚cr=2-2F=0OF= 03-3F = 2QKN u = &MPa8-&

14、quot;J Ff149MPa£ =：- = 2.03xl01LFA /討2S9- £_ PLCT= S =2A0MPaEAL10.PG- = 100 MPd <(t不能用虎克定律计算横截而上的正应力.閃为此时应力已远远超出弹性范叭故，强度足够。11- FFcT = Yl =22 nA aA左=24叽厦豔Gt4sc -巧ca =30n?md =14n?m12. P- /csin«r = 0 备= 44.7 KNFab - cCsa=0 F肋= 2Q£N AAB=143mm2A£C = 894mm213.p 兰(D2)F = 33MPa &

15、lt; a%4A = 0.25>1=42£i = 250 mm b =1000 mm3ql2+，(b)(d)7 P a4Jq 2 »(j>1416.18.M=200 KN.m3.125Q=PL = 4KN.mMa-yI丿(T=-y = 163MPa>crj =川=3.3x1()t64M = NQ.15 = 1.73 KNMcr = 131MPci > cr19.j = _川=3.3x1()t64M = NQ.15 = 1.73 KNMg = 131MPa > cr所以.强度不够20.= P(0.68 一 0.08) = KN412b = 4Qm

16、mh = 120mm 5q,qF384 EJ481_Ff24 El16 El-汕,Pl324 ET16 El=7Amm0A = 0.00023Os = 0.0002322.P=90MPap p兰十/ = = lAIMPa抗剪:4抗挤：4 tgr= = 2.5MPa<T blP- = MP = 57KN2cr=-=x I224销钉所受的的般大剪应力为:F/218x103/2小门她 弘加，/4 3.14x0.0162/4'卜侃“勺销钉所受的的最大挤压应力为:旦=唤& =1400.016x0.008、p 'I0妙.25.Mr =9550x = 9550x A =1193

17、.752V- r 20Mr _ 1193.75M" 31xl06= 3.851x0'5ms26.d =5 = 57.75= 9550 x= 9550 x= 458.42V* 淤 九150W = m4 _/) = 14492.475ww23t = 3l.63MPa < t =叫L J强度足够轴的外径:/ = 89 -2x10 =69mmMr = 9550= 9550 x A = 1432.52V-mr40旷侖（卉小论爼曲= 16.2胚 < t= 50MPa 叫L J强度足够28.N9 p p=9550x_=9550x_=534.=0.25 = 843752W3= 6

18、3AMPa > t= 60MPa强度足够计算主应力和方向的公式为：十巧）十gj（"希十4匕0°2 =扣” + 勺） j十 4%21-比匕5将(a) (b) (c)各題带入得：(a)5 = 2()MPa (j2 = -3()MPa cs0 = 0(b)5 = IOOA/Fcj £72 = -50MPa ct0 = 0(c)5 = 20.99M% j = -60.99倔t% = 22.5°30主应力为:5 W(6 + 巧)+ 1-02+4< =1(-20+30) +丿(-20-3卯+4乂 202 = 37MPao2 = (0 + Uy) J(cTk _2 + 4 %2 = _(20 + 30) 一 _-20 30) + 4x20 = 27MPa% =l_11 .j 2x20