化工设备机械基础1

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1、化工设备 机械基础姚 干 兵姚 干 兵绪言1.掌握杆件、平板、回转体的基础力学理论；掌握杆件、平板、回转体的基础力学理论； 2.掌握金属材料的基础知识；掌握金属材料的基础知识； 3.了解化工设备的基础知识，具备设计、使用 和管理化工设备的能力；了解化工设备的基础知识，具备设计、使用 和管理化工设备的能力； 4. 掌握压力容器的一般设计方法，重点掌握设 计的基本原理与思路；掌握压力容器的一般设计方法，重点掌握设 计的基本原理与思路； 5.了解化工机械传动的基础知识。了解化工机械传动的基础知识。一、本课程的任务一、本课程的任务二、本课程的要求二、本课程的要求1.掌握化工设备构件的力学分析；掌握化工

2、设备构件的力学分析； 2.掌握压力容器的类型与总体结构；掌握压力容器的类型与总体结构； 3.掌握典型化工设备结构设计的具体设计方法；掌握典型化工设备结构设计的具体设计方法； 4.掌握化工设备常用材料的分类、性能和选用；掌握化工设备常用材料的分类、性能和选用； 5.熟悉涉及压力容器、制造、检验、材料使用和 监察管理的有关标准和法规熟悉涉及压力容器、制造、检验、材料使用和 监察管理的有关标准和法规 6.了解化工机械传动的基本知识。了解化工机械传动的基本知识。三、本课程的主要内容三、本课程的主要内容1. 力学基础；力学基础； 2. 化工材料及材料的力学性能；化工材料及材料的力学性能； 3.化工压力容

3、器及典型化工设备设计；化工压力容器及典型化工设备设计； 4. 化工机械传动基础。化工机械传动基础。第一部分第一部分力学基础第一章第一章构件的受力分析构件的受力分析一一. 力的概念力的概念力的单位，采用国际单位时为：力的单位，采用国际单位时为：2/smkg或或牛顿（牛顿（N）以及千牛（）以及千牛（KN）1-1 力的概念及其性质1-1 力的概念及其性质1定义定义：力是物体间的相互机械作用，力是物体间的相互机械作用，这种作用可以使物体的运动状态发生变化。这种作用可以使物体的运动状态发生变化。2. 力的效应力的效应： 运动效应(外效应) 运动效应(外效应) 变形效应(内效应)。变形效应(内效应)。3.

4、 力的三要素力的三要素：大小，方向，作用点大小，方向，作用点AF4. 力的表示：力的表示：A 图形表示B 符号表示AF5.相关的概念力系：5.相关的概念力系：是指作用在物体上的一群力。平衡力系：平衡力系：物体在力系作用下处于平衡状态，我们称这个力系为平衡力系。FFF =矢量大小6.力的分类6.力的分类集中力、分布力、集中力偶集中力、分布力、集中力偶力可以在刚体上沿其作用线移至任意一点而不改变它 对刚体的作用效应力可以在刚体上沿其作用线移至任意一点而不改变它 对刚体的作用效应1.力的可传性力的可传性二.力的基本性质二.力的基本性质作用力与反作用力总是等值、反向、共线、作用在相互 作用的作用力与反

5、作用力总是等值、反向、共线、作用在相互 作用的两个物体两个物体上。上。例例 吊灯2.力的成对性力的成对性力是两个物体间的相互机械作用，就两个物体而言，作 用力与反作用力必然永远同时产生力是两个物体间的相互机械作用，就两个物体而言，作 用力与反作用力必然永远同时产生,同时消失。同时消失。3.力的可合性力的可合性力的可合性就是作用在物体上的两个力可合成为一个合 力，即两个力对物体的作用可以用一个力来等效代替，这就 是力的合成。力的可合性就是作用在物体上的两个力可合成为一个合 力，即两个力对物体的作用可以用一个力来等效代替，这就 是力的合成。 力的合成遵循的准则是力的合成遵循的准则是平行四边形平行四

6、边形法则，即合力的大小 和方向由以原两力矢为邻边所构成的平行四边形的对角线来 表示。法则，即合力的大小 和方向由以原两力矢为邻边所构成的平行四边形的对角线来 表示。21FFFR+=4.力的可分性力的可分性 力的可分性就是作用在物体上的一个合力可分解为两个 力，即一个力对物体的作用可以产生两个效果，这就是力的 分解。力的可分性就是作用在物体上的一个合力可分解为两个 力，即一个力对物体的作用可以产生两个效果，这就是力的 分解。 力的分解遵循的准则是力的分解遵循的准则是平行四边形平行四边形法则，即分力的大小 和方向由以原力矢为对角线所构成的平行四边形的邻边来表 示。法则，即分力的大小 和方向由以原力

7、矢为对角线所构成的平行四边形的邻边来表 示。RFFF=+215.力的可消性力的可消性一个力对物体所产生的外效应，可以被一个或几个作 用于该同一物体上的外力所产生的外效应所抵消，这就是 力的可消性。一个力对物体所产生的外效应，可以被一个或几个作 用于该同一物体上的外力所产生的外效应所抵消，这就是 力的可消性。在作用于刚体的任意力系上，加上或减去任一平衡力 系，并不改变原力系对刚体的作用效应。在作用于刚体的任意力系上，加上或减去任一平衡力 系，并不改变原力系对刚体的作用效应。（1）二力平衡定理）二力平衡定理（1）二力平衡定理）二力平衡定理作用于刚体上的两个力，使刚体平衡的必要与充分条件是：这两个力

8、作用于刚体上的两个力，使刚体平衡的必要与充分条件是：这两个力大小相等大小相等 | F1 | = | F2 | 方向相反方向相反 F1= F2作用线共线，作用于同一个物体上。作用线共线，作用于同一个物体上。说明说明：对刚体来说，上面的条件是充要的对刚体来说，上面的条件是充要的二力体：只在两个力作用下平衡的刚体叫二力体。二力体：只在两个力作用下平衡的刚体叫二力体。对变形体来说，上面的条件只是必要条件(或多体中)对变形体来说，上面的条件只是必要条件(或多体中)二力杆只有两个力作用下处 于平衡的物体只有两个力作用下处 于平衡的物体二力构件二力构件不是二力构件不是二力构件刚体受三力作用而平衡，若其中两力

9、作用线汇交于一点，则另一力的作用线必汇交于同一点，且三力的作用线共面。（刚体受三力作用而平衡，若其中两力作用线汇交于一点，则另一力的作用线必汇交于同一点，且三力的作用线共面。（必共 面，在特殊情况下，力在无穷远处汇交必共 面，在特殊情况下，力在无穷远处汇交平行力系平行力系。）。）（2）三力平衡汇交定理）三力平衡汇交定理证证 为平衡力系，也为平衡力系。又 二力平衡必等值、反向、共线， 三力必汇交，且共面。为平衡力系，也为平衡力系。又 二力平衡必等值、反向、共线， 三力必汇交，且共面。321, , FFF321, , FFF3, FR约束反力：约束反力：约束对被约束物体的作用力叫约束反力。一、约束

10、与约束反力一、约束与约束反力自由体：自由体：位移不受限制的物体叫自由体，如汽球。非自由体：非自由体：位移受限制的物体叫非自由体，如在槽内绿球。约束：约束：对非自由体的某些位移预先施加的限制条件称为约束。（这里，约束是名词，而不是动词的约束。）（这里，约束是名词，而不是动词的约束。）1 1- -2 2 刚体的受力分析刚体的受力分析刚体的受力分析刚体的受力分析大小常常是未知的；方向总是与约束限制的物体的位移方向相反；作用点在物体与约束相接触的那一点。约束反力特点：约束反力特点：GN1N2按照牛顿第三定律，约束力是一对作用力与反作用力， 它们一定大小相等、方向相反、分别作用在构成运动副的两 个刚体上

11、。下面我们讨论几种常见的理想约束：按照牛顿第三定律，约束力是一对作用力与反作用力， 它们一定大小相等、方向相反、分别作用在构成运动副的两 个刚体上。下面我们讨论几种常见的理想约束：绳索类只能受拉只能受拉，所以它们的约束反力是作用在接触点作用在接触点，方向沿绳索背离物体沿绳索背离物体。1.柔软体约束柔软体约束PPT约束是的各种绳索、链条、皮带等柔软体。约束是的各种绳索、链条、皮带等柔软体。皮带约束力沿轮缘的切线方向背离皮带轮，即为拉力。皮带约束力沿轮缘的切线方向背离皮带轮，即为拉力。皮带约束力沿轮缘的切线方向皮带约束力沿轮缘的切线方向背离背离皮带轮，即为拉力。皮带轮，即为拉力。分析皮带对皮带轮的

12、作用力分析皮带对皮带轮的作用力约束反力作用在接触点处作用在接触点处，方向沿公法线，指向受力物体沿公法线，指向受力物体2.光滑接触面约束光滑接触面约束 (光滑指摩擦不计光滑指摩擦不计)PNNP NANB光滑支承接触对非自由体的约束力，作用在接触 处；方向沿接触处的公法线并指向受力物体，故 称为法向约束力，用表示。光滑支承接触对非自由体的约束力，作用在接触 处；方向沿接触处的公法线并指向受力物体，故 称为法向约束力，用表示。光滑支承接触对非自由体的约束力，作用在接触 处；方向沿接触处的公法线并指向受力物体，故 称为法向约束力，用表示。光滑支承接触对非自由体的约束力，作用在接触 处；方向沿接触处的公

13、法线并指向受力物体，故 称为法向约束力，用表示。NFAAXAYA A3.铰链约束铰链约束圆柱铰链nFvnFvn xFvn yFvn yFvn xFv固定铰支座固定铰支座aFvnFv.活动铰支座活动铰支座（辊轴支座）（辊轴支座）1.受力分析1.受力分析解决力学问题时，首先要明确需要进行研究的物体，即确定研究对象；然后根据已知条件，约束类型并结合基本概念和公理分析它的受力情况，这个过程称为物体的解决力学问题时，首先要明确需要进行研究的物体，即确定研究对象；然后根据已知条件，约束类型并结合基本概念和公理分析它的受力情况，这个过程称为物体的受力分析受力分析。作用在物体上的力有：一类是:作用在物体上的力

14、有：一类是:使物体具有运动趋势的力称为物体所受的使物体具有运动趋势的力称为物体所受的主动力主动力主动力主动力,如重力,风力,气体压力等。如重力,风力,气体压力等。二类是：被动力，二类是：被动力，限制物体运动的力为限制物体运动的力为约束反力约束反力约束反力约束反力。二、刚体的受力分析二、刚体的受力分析二、刚体的受力分析二、刚体的受力分析例例1OWNDNEDBAXAYANDTB2. 受力图2. 受力图画物体受力图主要步骤为画物体受力图主要步骤为： 明确研究对象；取分离体；画上主动力；画出约束反力。例例2 尖点问题ABCCD例例3XAYANC NC ND PFBCADXAYAND PFBCADPFF

15、BCA C例例4FA BCNANCNCXBYBFA CBXBNAYB3. 画受力图应注意的问题画受力图应注意的问题除重力、电磁力外，物体之间只有通过接触才有相互机械作用力，要分清研究对象（受力体）都与周围哪些物体（施力体）相接触，接触处必有力，力的方向由约束类型而定。(2)不要多画力不要多画力要注意力是物体之间的相互机械作用。因此对于受力体所受的每一个力，都应能明确地指出它是哪一个施力体施加的。(1)不要漏画力不要漏画力约束反力的方向必须严格地按照约束的类型来画，不能单凭直观或根据主动力的方向来简单推想。在分析两物体之间的作用力与反作用力时，要注意，作用力的方向一旦确定，反作用力的方向一定要与

16、之相反，不要把箭头方向画错。(3)不要画错力的方向不要画错力的方向(4)受力图上不能再带约束。受力图上不能再带约束。即受力图一定要画在分离体上。一个力，属于外力还是内力，因研究对象的不同，有可能不同。当物体系统拆开来分析时，原系统的部分内力，就成为新研究对象的外力。对于某一处的约束反力的方向一旦设定，在整体、局部或单个物体的受力图上要与之保持一致。(5)受力图上只画外力，不画内力。受力图上只画外力，不画内力。(6)同一系统各研究对象的受力图必须整体与局部一致，相互协调，不能相互矛盾。同一系统各研究对象的受力图必须整体与局部一致，相互协调，不能相互矛盾。(7 )正确判断二力构件。正确判断二力构件。ABCFACBC例例6 画出下列各构件的受力图(外力作用于铰链时应如何考虑) ABCFNCBNBNBNANANCACFNCANCBABCFACBCABCFNBNANANCA