(完整版)化工设备机械基础习题及答案

1、1.化工厂安装塔设备时，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 c2. 桅杆式起重机由桅杆 D、起重杆 AB和钢丝BC用钱链A连接而组成。P=20KN ,试求BC绳的拉力与钱链 A的反力（AB杆重不计）C3. 起吊设备时为避免碰到栏杆，施一水平力P,设备重 G=30KN,求水平力 P及绳子拉力To4.悬臂式壁架支承设备重P(KN),壁架自重不计，求固定端的反力。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 & m),主塔重 Pi( KN ),侧塔重 P2(

2、 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处用钱链联结而成，下部用水平软绳连接如图放在光,78.9.10.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。试用截面法求各杆件所标出的横截面上的内力和应力。杆的横截面面积P=10KN。A 为 250mm2,一根直径 d=3mm ,长L=3m的圆截面杆，承受轴向拉力P=30KN ,其伸长为 AL=2.2mm ,试求此杆横截面上的应力与此材料的弹性模量E。参考答案一根钢杆，其弹性模量E=2.1 M05MPa,比例极限 p=210MPa；在轴向拉力 P

3、作用下，纵向线应变=0.001。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=0,01,问此时杆横截面上的正应力能否由虎克定律确定，为什么？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，螺栓的许用应力尸54MPa ,由螺纹标准查出 M24螺栓的根径 d=20.7mm , 试计算需要多少个螺栓 （螺栓是沿圆周均匀分布，

4、螺栓数应取 4的倍数）。12.简易支架可简化为图示的钱接三角形支架ABC o AB为圆钢杆，许用应力尸140MPa ; BC为方木杆，许用应力=50MPa o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 ,已知活塞杆的尸50MPa ,试校核活塞杆的强度。参考答案1-13 .解：横截面上的应力：p p2G = -= = = J80r 4MMPa因为：° : 口尸0MPa,所以该活塞杆的强度不够。14.一卧式容器，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

5、之截面均为长方形，边长 a：b为1:4,若支座下的基础的许用应力尸1MPa,试求垫板截面所需的尺寸15.16.17.悬臂管道托架上，支承管道重P=8MPa, l=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。试列出图示各梁的弯矩方程，并画弯矩图，求出 M maxa=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q=28N/mm简化图如（b）。求罐体上的最大弯矩和弯曲应力53/6人陵卧式贮耀,内径为 1600mm,壁厚20mm,封头高 H=450mm ；支座位置如图， L=8000mm ,18.分福塔高 H=20m,塔内径为 10

6、00mm，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，qi=420N/m, q2=600N/m。求风力引起的最大弯曲应力19.一卧式容器筒体部分，总重40KN ,支撑在容器焊接架的托轮上，已知支承托轮 A、B两轴的直径d=50mm ,材料的弯曲许用应力 =120MPa。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-II截面尺寸相同，均为h/b=3的矩形。若操作杆的材料的许用应力尸150MPa。试设计I-I及II-II截面的尺寸21.横梁设计为£!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。

7、钢参考答案材的弹性模量 E=2.0 X105MPa。图中 P=20KN, q=10KN/m , l=4m。22.销钉联接，已知P=18KN ,板厚t1=8mm , t2=5mm ,销钉与板的材料相同，许用剪应力尸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 bxhM=20X12M00 (mm),传递的力偶矢m 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 Na=50KW ,输出功率 Nc=30KW , Nb=20KW。轴的转速

8、 n= 100转/分,=40MPa , = 0.57m, G=8.0 X04MPa。设计轴的直径 d.2 2F/2参考答案1-24解：销钉所受的的最大剪应力为：MPa销钉所受的的最大挤压应力为:18x10MOMPamt25.某搅拌轴材质为45号钢，其许用应力尸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

9、，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。试校核电动机输出额定功率时轴的 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2.8KW,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，并在它们的中间绘出仅受主应力作用的单元体。30并在它们中间绘出仅受主应力作用的单元体。试求图示各单元体内主应力的大小及方向,参考答案JDMP

10、a4 0 MF占20MPa5»MPa即MP.1-30 (c)解：主应力为:.=%, +4< 二 lf-2O + 3O) +1水-20-3疗+4x2/= 372上22MPa2 = 5 (口、+ (J,) 二一口介，+ 41二=(20 f 30) - - -yi -2B - 30)2 + 4 x 202 = -27MPa1T 二-19 3 2-20-30受主应力作用的单元体如下图中的蓝色线条所表示的:32 手摇钱车如图所示。轴的直径d=30mm ,材料为Q235钢，=80MPa。试按第三强度理论求钱31 链环由直径 d=20mm的圆钢制成，距离a=50mm。钢材的许用应力=100M

11、Pa。如果图示链车的最大起重量P。3/，呼.心止3P'为多大?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33 .34 .35 .1.2.3.4.5.6.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 l=120mm,主轴直径d=40mm o若尸60MPa ,试用第三和第四强度理论来校核主轴的强度。千斤顶的螺杆由 Q235-A钢制成，内径 di=32mm,最大升高l=30mm。若起重量 P=50KN ,两端支座看成上端自由、下端固定，许用应力尸160MPa ,用折减系数法校合其稳定性。铸铁管外径 D=200mm ,内径d=1

12、20mm ,长l=3000mm ,两端看成钱链支座。铸铁的许用应力 =80MPa。求此管最大许可压力。习题参考答案2Fsiti% =产助=5-78加= 10ZAZFq cos150- cos 45。+F) - 0F2a cos 450 =。% = 223KN 9此=1135氏N尸产28.3侬Fcos300-(y= 0F-Fcos600=0P = 17.32JWR = PM* = PL%=职务=月+月#+牛FJ cosa-研一尸（J 一色）cos。二 0F = 5W 瓦=必0站5/cosor-即二 0耳二150M7.1-1 F = P = OKN cr = - = 40MPaA2-2=0 cr

13、= 03)1-1 F 二尸二10KN cr = -=402l/PflA2-2 F = 2P = 20r/V cr = SOMPa A(c)1-1 F 三产三 10KN tF=- = 40MP(3A22 F =P= 102/# =g=40MP/1-1F = F = 1Q 及N2-2 尸=0e=。3-3 产= 20K*er =软 MPa8.CF=A9.10.P- lOOMPa V b£ = CT = 210A?FaEAL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出弹性范围故，强度足够。11. 7 一 1tT = K =nA 必12. "-厂xillU f国= 44

14、.7 KN修心之隘=22n = 24%-%cosa=0。二2。n工蚀=143/na= 894mm3ELr口 二月gc = 30mm-d =4 d=14mm13.14.15.日=250 加方b =1000/J? mq a e十(g)(i)(k)(h)(j)(l)P炉d)F =3=< a-d1(a)(b)(c)(e)G二j4- = A = 0.25m(f)(d)2 P a16所以，强度不够22.抗剪:-=POAfftipp?F2 = =141MPa抗挤：.- , -(m)tr-?y = 163MPa>tr18.N= -G=11,51 KN 4 cos3001 =工十=33x10- 64

15、M = N«.15 = U3KNM<T = 131 AfP口 > b19.N=G11.54KN4 cos30° = £* =33x10- 64M = N«.15 = IJ3KNM= 131AfPa >(r3.125?1aM 二工(x - 察H gxaM = 200 KN.m miK17.M = PL = 4 KN.m nLiK20.= P(0.68 - 0.0S) = A.KNb= 4Qmmh =120制加24EI16EI245T 16 EI=7.4m生=0.00023优=0.0002312一 q1 + 2Q + _ H) = 148.

16、4KK2321.13047 481PT = _ =28Jbi23. dP-M P57KN2P<r -<(?y一X J224.销钉所受的的最大剪应力为:F/2_ Fl 2峪 加，4 314x6016,4销钉所受的的最大挤压应力为:25.26.MPa"”P P 18>：105 rm0AtM = 140W魅而0.016x0.003®1HJ1N 59550x_ -9550X三 1193 75N，加20叫咯麻.逆wd = 5U5mr?i% -95509550x -4584、，雨用 1506D(D4 -/)= 14492 475mm?MPa"=33MPa &

17、lt; H =W_L强度足够27.轴的外径：， I ，'，.N6Mr =9550x_ = 9550x_ =14325M”力4016Z)CD4 -d) = 88424 2mw3= 162Mpo < ri = SOA/Pd 吼l28.强度足够Mr = 9550x_ = 9550x三 5348AT 附灯50.2d" =84375 环网= 63.4MPa. > ri = 60*必L29.强度足够计算主应力和方向的公式为：叮1三,(犷十仃，)十;师"五产将(a)(b)(c)各题带入得:(a)er】=2MPa 口2 - -30AflPa oj0 = 0(b)cf1

18、= lOOAff a2 = -5(MPa% = 0(c)号=-6.9MPa % = 22.5'30主应力为:= ；(%+%) +(口; 仃丁尸+4r=1(-20+30) + 1 J(-20-知)+2CP = 372上,22MPa口尸)"+ 4 % = (20 + 3Q)二。口:J 4 . 20 ' = -272qMPa1-1 -2x201片=££ = j y 52-20-30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= +4 cl - lOOJk/Pa门2A d1 - 1964W2WS2W7 -= 785.5mw3其中， 4，m%,显代入上式得：F = 15.59K?瞑32本题为拉扭组合. 最大剪应力在圆轴的外圆周上：.处M 三F民仍三0.2#* = 0.2X303=5400想闸, 叫 “最大的拉应力作用在轴的上下边缘处：仃曳，町尸犬。0/22。口?，叫-2651WW3唯32第三强度理论：口=启 例"< 80肱匕P-195N33 ” -Mr = 9550 x _ =9550x一 = 120.2ZA曾715.Mr -7R, T- - 120.2H