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60c精选文档2.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）3.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T4.5.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。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)o试求地面基础处的支座6.梯子由

2、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。.7O杆的横截面面积A 为 250mm2,P=10KN。8.9.一根钢杆，其弹性模量E=2.1 x 15MPa,比例极限p=210MPa；在轴向拉力 P作用下，纵一根直径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参考答案向线应变=0.001o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

3、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尸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，螺栓数应取4的倍数）。12.13.3m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 ,已知活简易支架可简

4、化为图示的钱接三角形支架ABC。AB为圆钢杆，许用应力尸140MPa；BC为方木杆，许用应力尸50MPa。若载荷P=40KN,试求两杆的横截面尺寸。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：pp2P44MPaa>1-50因为：LJMPa,所以该活塞杆的强度不够。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的垫板之截面均为长方形，边长ab为1:4,若支座下的基石的许用应力=1MPa,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，求出Mmax，H=Ql*HACHhNIxr一卧式贮耀，内径为1600m

5、m，壁厚20mm,封头高H=450mm；支座位置如图，L=8000mm,a=1000mm0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。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=120MPao问工字梁的强度是否足够。18.分福塔高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.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

6、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20.21.22.截面尺寸相同，均为h/b=3的矩形。若操作空气泵的操作杆，右端受力P=8KN,I-I及II-II杆的材料的许用应力尸150MPa。试设计I-I横梁设计为£!形截面h/b=3 ： 1,许用应力及II-II截面的尺寸。=160MPa,求此梁的最大挠度和最大转角。钢材的弹性模量 E=2.0 X 15MPa。图中 P=20KN, q=10KN/m , l=4m。参考答案iimiiirviiimf4,销钉联接，已知P=18KN ,板厚销钉与板的材料相同，许用剪应力尸60MPa ,许用挤压应力

7、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=20x12x100mm),传递的力偶矩m=2KNm,键材料的许用应力尸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n=100转/分,尸40MPa,=0.5°/m,G=8.0x14MPa。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:Pf21Ex103/2_为二市小F乐"'MpaVk销钉所受的的最大挤压应力为:25. 某搅拌轴材质为45

8、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7.2KWo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，材料的许用剪应力尸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

9、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%试求图示各单元体内主应力的大小及方向，并在它们中间绘出仅受主应力作用的单元体。参考答案1-30(c)解：主应力为：MPac2=-+口。一41口*-口?了-=12D+3D)小二工。-3D+4xm*=-27MPa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。钢材的许用应力尸100MPa。如果图示链32环

10、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?手摇钱车如图所示。轴的直径d=30mm,材料为Q235钢，尸80MPa。试按第三强度理论求校车的最大起重量Po33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。若尸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。35 铸铁管外径D=200mm,内径d=120mm,长

11、l=3000mm,两端看成钱链支座。铸铁的许用应力=80MPao求此管最大许可压力。习题参考答案1. ：V,.-I-1I2. ，'必I''广；'.死1scos750-cos45"=03._FF二："：二=:P=1.32KNFh = Q耳=15OAT4. .一一5.6. t:R=30N耳=43W7.1-1F=F=10ryC7=2-29=0cr=01-1F=F=1UK州a=-=40MPaA22产=2F=2O3er=SOMPaA©1-1F三口三10©Vcf=-=40MPufA2-2F=P=AKM#=£=4UM%工1-1

12、F=F=1QKN229=0”0cr=4QMZ%33F=20期g=OMPa8.Po二一Af=203x101lF(3E10.9.EALcr=S=210MFaL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P=WOMPa<cr故，强度足够。12.- - 丁 ,：| "。d = 14mm营配=44.7KNbA心>盘卬14亡耳C汽三24几一%cosdr=0取=筑KN4=143恒疗4=894mm313.尸一（厅_/）F=上=33加2S<u-d2414. T1三 250加md =1000m冏“六,A-0.2Jm2A-Aa215.(m)16.12弓二弓=-qL4

13、2Q+_H)=148.4KN=200KN.mhuk心=4WMP也17.M=PL=4KN.mnLiKtr-?y=163MPa>tr18.1 =工十=33x10- 64M = N«.15 = U3KNM<T = 131 AfP口 > bN=-G=11,51KN4cos30019.1 =工十=33x10- 64M = N«.15 = IJ3KNMMd= 131A£Ph>(7所以，强度不够20.=尸(0.68 - 0.08) = 4.8SVTbh1J.=12b= 4Qmmh =120制加21.5ql*3MEI 4811 = 7.4mm22.eA =

14、 -g，Pl24 EI 16 EIJ工24 Er 16 EI抗剪:生=0.00023优=0.00023= 9QMPa与4n p工=141MPa A t,d抗挤：，-N=-G=11,51KN4cos30°PT = _ =28Jbi23. .-P-MKN2P<r-<(?y一XJ224. 销钉所受的的最大剪应力为:Pi2Pll18xWW2一%一寿77-3.14x0,016374=49.8<TMPa25.26.6D(D4 -/)= 14492 475mm?销钉所受的的最大挤压应力为:_P_P_lSlO3*=dj=0.016x0.008二像血1N59550x_-9550X三1

15、19375N，加20叫咯麻.逆wd=5U5mr?i%-95509550x-5g.42V-附用150=33MPa<H=30MPdW_L强度足够27.轴的外径a -89-2x10N6Mr=9550x_=9550x_=14325M”力4016Z)CD4-d)=884242mw3=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】=lMPa口

16、a_30AfFaoj0=0(b)cf1=lOOAffa2=-50MPq%=0(c)号=-6.9MPa%=22.5'30.主应力为:5=;（。+仃）+.府才+胃=（-20+30）+1正20-知尸+4乂2（?=372上,22MPa2=一（0.+仃尸），（口若口p）'+4J-=（20+3Q）20,3口44-2口，=2722v22MPa1-12x201片=一依=jy52-20-30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=+4cl-lOOJk/PaAWz其中,32.Ad2-1964施腐代入上式得:产1559度州本题为拉扭组合327855WM3最大剪应力在圆轴的外圆周上:.我,血三F&n两p三02罐=0,2X303=5400想附Wp“最大的拉应力作用在轴的上下边缘处:仃曳，胫尸黑4。0/22UQF,啊 畋32-2651憎小第三强度理论:<r，= Jtj' + 4 J 80MFk?P-795V33.N9Mr=9550x_=9550x一=120.2ZA曾715Mr=TR,T=120.2/