化工设备第一章

1、化工设备机械基础化工设备机械基础主讲主讲: : 张晓红张晓红 绪绪 论论 化工设备机械基础化工设备机械基础它是综合多门学科、理论与它是综合多门学科、理论与实用并重的机械类专业基础课。实用并重的机械类专业基础课。主要内容：杆件、板壳力学的基础理论主要内容：杆件、板壳力学的基础理论 金属材料的基本知识金属材料的基本知识 中低压压力容器与几种典型化工设备的设计计算中低压压力容器与几种典型化工设备的设计计算第一部分第一部分 力学基础力学基础l 零部件受力分析零部件受力分析l 拉伸与压缩拉伸与压缩l 平面弯曲平面弯曲l 剪切与扭转剪切与扭转l 复杂应力情况下的强度计算复杂应力情况下的强度计算l 压杆的稳

2、定性压杆的稳定性l 化工设备材料化工设备材料第二部分第二部分 传动零件及减速机传动零件及减速机l V带传动带传动l 齿轮传动齿轮传动l 蜗杆传动蜗杆传动l 轴与联轴器轴与联轴器l 轴承轴承l 轮系与减速机轮系与减速机第三部分第三部分 常压与低压容器常压与低压容器l 内压容器内压容器l 外压容器外压容器l 化工设备通用零部件化工设备通用零部件l 塔设备机械设计塔设备机械设计l 反应釜的机械设计反应釜的机械设计第一章第一章 零部件受力分析零部件受力分析静力学静力学: 研究物体在力的作用下处于研究物体在力的作用下处于平衡平衡的规律的规律 1、二力平衡原理、二力平衡原理 作用于刚体上的两个力平衡的必要

3、充分条件是作用于刚体上的两个力平衡的必要充分条件是- 等值、反向、等值、反向、 共线共线。1、力的基本概念、力的基本概念. 力力: : 定义定义: :力的三要素力的三要素: : 大小大小, ,方向方向, ,作用点作用点 力是矢量，可以用带箭头的线段来表力是矢量，可以用带箭头的线段来表示。书写时用黑体字母示。书写时用黑体字母F F、P P等表示等表示2、静力学公理、静力学公理 静力学公理以静力学公理以Newton力学的基本定律为基础力学的基本定律为基础NG基基 本本 概概 念念重要名词重要名词: 二力杆二力杆(二力体，二力构件二力体，二力构件): 仅在两点受力而处于仅在两点受力而处于平衡平衡的物

4、体或构件的物体或构件用途用途: 已知两力的作用，确定其作用线。已知两力的作用，确定其作用线。3. 加减平衡力系公理加减平衡力系公理: 在作用于刚体的任何一个力系上，加上或减去一对平衡在作用于刚体的任何一个力系上，加上或减去一对平衡力系，则不改变原力系对刚体的作用效果。力系，则不改变原力系对刚体的作用效果。 推论推论: 力的可传性原理力的可传性原理: 作用于刚体上的力，可以沿其作用线滑移，而不改变对作用于刚体上的力，可以沿其作用线滑移，而不改变对 刚体的作用效果刚体的作用效果。AFF1F2F1=F2=FBBAF24. 力的平行四边形法则力的平行四边形法则: 作用于同一点的两个力可以合成为一个合力

5、，合力的大小和方作用于同一点的两个力可以合成为一个合力，合力的大小和方向是以这两个力为邻边的平行四边形的对角线矢量向是以这两个力为邻边的平行四边形的对角线矢量,其作用点不变其作用点不变.也即也即: 合力等于两分力的矢量和。合力等于两分力的矢量和。F F1F F 2R R21FFR合力必大于分力，分力必小于合力？合力必大于分力，分力必小于合力？推论：推论：三力平衡汇交定理三力平衡汇交定理若刚体的若刚体的A、B、C三点分别作用有力三点分别作用有力F1、F2、F3且使刚体处且使刚体处于平衡，那么这三个力若不彼此平行，则必定汇交于一点。于平衡，那么这三个力若不彼此平行，则必定汇交于一点。5. 作用与反

6、作用力定律作用与反作用力定律: 任何两物体间的相互作用力总是成对出现，并任何两物体间的相互作用力总是成对出现，并且等值，反向，共线且等值，反向，共线, 分别同时作用在两个物体上分别同时作用在两个物体上, 即即 Newton 第三定律。第三定律。6. 刚化原理刚化原理: 若变形体在某一力系作用下处于平衡，则可将其视为刚若变形体在某一力系作用下处于平衡，则可将其视为刚 体，而应用刚体的平衡理论。体，而应用刚体的平衡理论。 柔性体约束柔性体约束只能承受拉力只能承受拉力，所以它们的约束反力是，所以它们的约束反力是作用作用在接触点在接触点，方向，方向沿柔性体轴线，背离被约束物体。是离点而沿柔性体轴线，背

7、离被约束物体。是离点而去的力。去的力。1.由柔软的绳索、链条或皮带构成的柔性体约束由柔软的绳索、链条或皮带构成的柔性体约束PPTS1S1S2S2 一、常见约束类型及其反力一、常见约束类型及其反力:P3实例实例P7约束反力的指向总是和物体企图运动的方向相反？约束反力的指向总是和物体企图运动的方向相反？ 约束反力约束反力作用在接触点处作用在接触点处，方向，方向沿公法线沿公法线，指向受力指向受力物体是向点而来的力。物体是向点而来的力。2.光滑接触面的约束光滑接触面的约束 ( (光滑指摩擦不计光滑指摩擦不计) )PNNPNANBP33.光滑圆柱铰链约束光滑圆柱铰链约束圆柱铰链圆柱铰链AAANAXNAY

8、A固定铰支座固定铰支座P4固定铰支座的几种表示固定铰支座的几种表示: 链杆约束链杆约束RA滚动铰支座（辊轴支座）的几种表示滚动铰支座（辊轴支座）的几种表示:P4实例实例P.18RMA NAy4. 固定端约束固定端约束MA NAx简图简图：固定端约束反力有三个分量：固定端约束反力有三个分量：两个正交分力，一个两个正交分力，一个反力偶反力偶P5实例实例P1实例实例P24二、受力图二、受力图1、取研究对象（隔离体）、取研究对象（隔离体）将所要研究的物体从周围物体中单将所要研究的物体从周围物体中单独拿出来，独拿出来，2、在其上画出所有的主动力和所有的约束反力。、在其上画出所有的主动力和所有的约束反力。

9、例：分别画出圆及杆分别画出圆及杆AB的受力图。的受力图。ACB600P解：PN1N2ABYAXASBCN2 画约束反力时，一定要按照约束的固有画约束反力时，一定要按照约束的固有性质画图，切不可主观臆断性质画图，切不可主观臆断！三、平面汇交力系的合成和平衡条件三、平面汇交力系的合成和平衡条件Fn F3 F2 F1 R O O F1 F2 F3 Fn 、合成的几何法、合成的几何法.平衡的几何条件平衡的几何条件R O F1 F2 F3 Fn R O F1 F2 F3 Fn 合力 R=Fi合力 R 为力多边形为力多边形的封闭边的封闭边汇交力系平衡的几何条件汇交力系平衡的几何条件: : 力多边形自行封闭

10、力多边形自行封闭、合成与平衡的解析法、合成与平衡的解析法F xba Fx =FcosyFy= Fsin22yxFFF2）.力的分解力的分解 一个力在没有限制的情况下一个力在没有限制的情况下,可以分解为无可以分解为无数组力。只有在正交坐标系下，分力的大小才等于投影。数组力。只有在正交坐标系下，分力的大小才等于投影。F1）.力在轴上的投影力在轴上的投影P 8O Fn F3 F2 F1 R O F1 F2 F3 Fn yx结论结论:YFRXFRyyxx3）. 合力投影定理合力投影定理P 8-94）合成的解析法）合成的解析法 yyxxFRFR2222)()(yxyxFFRRRxyFFarctg5).平

11、面汇交力系的平衡方程及其应用平面汇交力系的平衡方程及其应用 00yxFF上式即为平面汇交力系的平衡方程上式即为平面汇交力系的平衡方程平面汇交力系平衡平面汇交力系平衡 R = 0P 9例:图示重物重为图示重物重为Q=30kN,由绳索由绳索AB、AC悬挂，求悬挂，求AB、AC的约束反的约束反力。力。1) 取研究对象取研究对象 -力系的汇交点力系的汇交点AA.QTC 3)建立坐标系建立坐标系yx4)列出对应的平衡方程列出对应的平衡方程00yxFFTB 600CBAQ300030sin60sin00CBTT5)解方程解方程解：2）作受力图）作受力图030cos60cos00QTTCB四、平面力偶系的合

12、成和平衡条件四、平面力偶系的合成和平衡条件）、力对点的矩）、力对点的矩(力矩力矩).OFdmo( (F)=Fd合力矩定理合力矩定理:结论结论:)()(FRoomm矩心矩心力臂力臂逆正逆正顺负顺负+O、平面力偶系、平面力偶系 1）力偶的性质）力偶的性质 力偶无合力力偶无合力力偶对任一点的矩完全取决于力偶矩力偶对任一点的矩完全取决于力偶矩 m =m =FdFd .dxFdxdFxFmmoo)()()(FFF F 三要素三要素: 大小、转向、作用平面大小、转向、作用平面只要保持力偶矩不变，力偶可以在作用平只要保持力偶矩不变，力偶可以在作用平面内任意转移；面内任意转移； 只要保持力偶矩不变，可以只要保

13、持力偶矩不变，可以调整力偶中力和力臂的大小，而不改变力偶调整力偶中力和力臂的大小，而不改变力偶对物体的作用效果对物体的作用效果。 力偶：力偶： 等值、反向、不共线的两个平行力等值、反向、不共线的两个平行力 （F F，FF）逆正逆正顺负顺负+力偶臂力偶臂P 122.平面力偶系的合成与平衡条件平面力偶系的合成与平衡条件F1 F1 F2 F2 F3 F3 F1 F1 F2 F2 F3 F3 P 13F1 F1 F2 F2 F3 F3 RR结论结论: 平面力偶系可以合成平面力偶系可以合成, 合成的结果为一合力偶合成的结果为一合力偶, 合力偶的力偶合力偶的力偶矩等于各个分力偶的力偶矩的代数和。矩等于各个

14、分力偶的力偶矩的代数和。 M=m 平面力偶系的平衡方程：平面力偶系的平衡方程： m =0P 14例：一工件上需钻三个孔，钻头力偶矩分别为一工件上需钻三个孔，钻头力偶矩分别为m1=100kNm，m2=200kNm， m3=300kNm。求夹具对工件的约束反力。求夹具对工件的约束反力。Lm1 m3 m2 BALm1 m3 m2 ABNA NB 解：研究工件，受力如右图所示。主动力系为一力偶系，根据力偶研究工件，受力如右图所示。主动力系为一力偶系，根据力偶的性质，反力也必为一反力偶，由力偶系的平衡方程的性质，反力也必为一反力偶，由力偶系的平衡方程 m =0 有有 m1+ m2+ m3-N 解得解得L

15、mmmNA321五、五、 平面一般力系的简化与平衡平面一般力系的简化与平衡Fn F3 F2 F1 P 15O.FA.、力线平移定理、力线平移定理O.F=F= FFFFM 结论结论: 力的作用线可以平行移动，移动后必须附加一个力力的作用线可以平行移动，移动后必须附加一个力偶，附加力偶的力偶矩等于原来的力对所移动点的力矩。偶，附加力偶的力偶矩等于原来的力对所移动点的力矩。 M=mo（F）P 15、平面一般力系的简化、平面一般力系的简化F3 F2 F1 Fn Fn F1 Omn .m3 m1 F2 F3 m2 O简化中心简化中心O.MOR RR主矢主矢 R=Fi i 与简化中心无关与简化中心无关 M

16、O主矩主矩 MO = =mo(Fi) 与简化与简化 中心有关中心有关P 15讨论讨论 :主矢主矢 R R=F Fi i 其大小其大小O.RR主矢主矢 R=Fi i 与简化中心无关与简化中心无关 MO主矩主矩 MO = =mo(F Fi) 与简化与简化 中心有关中心有关yyxxFRFR2222)()(yxyxFFRRRxyFFarctgyxMOP 161 .平衡方程的基本形式平衡方程的基本形式平面一般力系平面一般力系 平平 衡衡 R R0, MO = 0 3、平面一般力系的平衡方程及其应用、平面一般力系的平衡方程及其应用平面一般力系的平衡方程平面一般力系的平衡方程:000oyxmFFP 16TN

17、B G平面一般力系的平衡方程:000oyxmFF例:求A、B两处的约束反力及绳子的拉力解:.取研究对象取研究对象小车小车.做受力图做受力图.建立适当的坐标轴建立适当的坐标轴. 判断力系类型，列出对应的平衡方程判断力系类型，列出对应的平衡方程.解方程解方程NA xy0sinGT0cos GNNBA0aNbNABCGBATCabh平面一般力系平面一般力系）.平衡方程的其它形式基本形式 一矩式000oyxmFF二矩式 ABx轴000BAmmX000CBAmmm三矩式 A、B、C不共线注意：不论采用哪注意：不论采用哪种形式的平衡方程，种形式的平衡方程，其独立的平衡方程其独立的平衡方程的个数只有三个，的个数只有三个，对一个物体来讲对一个物体来讲,只只能解三个未知量能解三个未知量,不不得多列！得多列！六、平面平行力系的平衡方程六、平面平行力系的平衡方程yoxFi iy 轴轴000oyxmFF0=000oymF平面平行力系的平衡方程为平面平行力系的平衡方程为或或 AB Fi i00B