化工設(shè)備第一章

化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)主講:張曉紅

緒論

《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》它是綜合多門學(xué)科、理論與實(shí)用并重的機(jī)械類專業(yè)基礎(chǔ)課。主要內(nèi)容：桿件、板殼力學(xué)的基礎(chǔ)理論金屬材料的基本知識中低壓壓力容器與幾種典型化工設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算第一部分力學(xué)基礎(chǔ)

零部件受力分析拉伸與壓縮平面彎曲剪切與扭轉(zhuǎn)復(fù)雜應(yīng)力情況下的強(qiáng)度計(jì)算壓桿的穩(wěn)定性化工設(shè)備材料第二部分傳動(dòng)零件及減速機(jī)V帶傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)軸與聯(lián)軸器軸承輪系與減速機(jī)第三部分常壓與低壓容器

內(nèi)壓容器外壓容器化工設(shè)備通用零部件塔設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)反應(yīng)釜的機(jī)械設(shè)計(jì)第一章零部件受力分析靜力學(xué):研究物體在力的作用下處于平衡的規(guī)律

1、二力平衡原理作用于剛體上的兩個(gè)力平衡的必要充分條件是---等值、反向、共線。1、力的基本概念.力:定義:力的三要素:大小,方向,作用點(diǎn)力是矢量，可以用帶箭頭的線段來表示。書寫時(shí)用黑體字母F、P等表示2、靜力學(xué)公理

靜力學(xué)公理以Newton力學(xué)的基本定律為基礎(chǔ)NG基本概念重要名詞:

二力桿(二力體，二力構(gòu)件):僅在兩點(diǎn)受力而處于平衡的物體或構(gòu)件用途:已知兩力的作用，確定其作用線。3.加減平衡力系公理:

在作用于剛體的任何一個(gè)力系上，加上或減去一對平衡力系，則不改變原力系對剛體的作用效果。

推論:力的可傳性原理:

作用于剛體上的力，可以沿其作用線滑移，而不改變對剛體的作用效果。AFF1F2F1=F2=FBBAF24.

力的平行四邊形法則:

作用于同一點(diǎn)的兩個(gè)力可以合成為一個(gè)合力，合力的大小和方向是以這兩個(gè)力為鄰邊的平行四邊形的對角線矢量,其作用點(diǎn)不變.也即:合力等于兩分力的矢量和。F1F2R合力必大于分力，分力必小于合力？推論：三力平衡匯交定理若剛體的A、B、C三點(diǎn)分別作用有力F1、F2、F3且使剛體處于平衡，那么這三個(gè)力若不彼此平行，則必定匯交于一點(diǎn)。5.作用與反作用力定律:

任何兩物體間的相互作用力總是成對出現(xiàn)，并且等值，反向，共線,分別同時(shí)作用在兩個(gè)物體上,

即Newton第三定律。6.剛化原理:

若變形體在某一力系作用下處于平衡，則可將其視為剛體，而應(yīng)用剛體的平衡理論。

柔性體約束只能承受拉力，所以它們的約束反力是作用在接觸點(diǎn)，方向沿柔性體軸線，背離被約束物體。是離點(diǎn)而去的力。1.由柔軟的繩索、鏈條或皮帶構(gòu)成的柔性體約束PPTS1S'1S'2S2一、常見約束類型及其反力:P3實(shí)例P7約束反力的指向總是和物體企圖運(yùn)動(dòng)的方向相反？

約束反力作用在接觸點(diǎn)處，方向沿公法線，指向受力物體是向點(diǎn)而來的力。2.光滑接觸面的約束(光滑指摩擦不計(jì))PNNPNANBP33.光滑圓柱鉸鏈約束①圓柱鉸鏈銷釘AAANAXNAYA②固定鉸支座P4固定鉸支座的幾種表示:

鏈桿約束RA滾動(dòng)鉸支座（輥軸支座）的幾種表示:P4實(shí)例P.18RMANAy4.固定端約束MA

NAx簡圖：固定端約束反力有三個(gè)分量：兩個(gè)正交分力，一個(gè)反力偶P5實(shí)例P1實(shí)例P24二、受力圖1、取研究對象（隔離體）——將所要研究的物體從周圍物體中單獨(dú)拿出來，2、在其上畫出所有的主動(dòng)力和所有的約束反力。例：分別畫出圓及桿AB的受力圖。ACB600P解：PN1N2ABYAXASBCN2

畫約束反力時(shí)，一定要按照約束的固有性質(zhì)畫圖，切不可主觀臆斷！三、平面匯交力系的合成和平衡條件FnF3F2F1R

O

O

F1F2F3Fn１、合成的幾何法.平衡的幾何條件R

O

F1F2F3FnR

O

F1F2F3Fn合力R=ΣFi合力R

為力多邊形的封閉邊匯交力系平衡的幾何條件:力多邊形自行封閉２、合成與平衡的解析法F

xbaα

Fx

=FcosαyFy=

Fsinα2）.力的分解一個(gè)力在沒有限制的情況下,可以分解為無數(shù)組力。只有在正交坐標(biāo)系下，分力的大小才等于投影。F1）.力在軸上的投影P8O

FnF3F2F1R

O

F1F2F3Fnyx結(jié)論:3）.合力投影定理P8-94）合成的解析法

∵∴5).平面匯交力系的平衡方程及其應(yīng)用

∴上式即為平面匯交力系的平衡方程平面匯交力系平衡

R=0P9例:圖示重物重為Q=30kN,由繩索AB、AC懸掛，求AB、AC的約束反力。1)取研究對象-------力系的匯交點(diǎn)AA.QTC3)建立坐標(biāo)系yx4)列出對應(yīng)的平衡方程TB600CBAQ3005)解方程解：2）作受力圖四、平面力偶系的合成和平衡條件１）、力對點(diǎn)的矩(力矩).OFdmo(F)=±Fd合力矩定理:結(jié)論:矩心力臂逆正順負(fù)+－O２、平面力偶系

1）力偶的性質(zhì)

①力偶無合力②力偶對任一點(diǎn)的矩完全取決于力偶矩m=±Fd

.dxF

F’

三要素:大小、轉(zhuǎn)向、作用平面③只要保持力偶矩不變，力偶可以在作用平面內(nèi)任意轉(zhuǎn)移；只要保持力偶矩不變，可以調(diào)整力偶中力和力臂的大小，而不改變力偶對物體的作用效果。

力偶：等值、反向、不共線的兩個(gè)平行力（F，F(xiàn)’）逆正順負(fù)+－力偶臂P122.平面力偶系的合成與平衡條件F1’

F1F2F2’

F3F3’

F1’

F1F2F2’

F3F3’

P13F1’

F1F2F2’

F3F3’

R’R結(jié)論:平面力偶系可以合成,合成的結(jié)果為一合力偶,合力偶的力偶矩等于各個(gè)分力偶的力偶矩的代數(shù)和。

M=Σm

平面力偶系的平衡方程：Σm

=0P14例：一工件上需鉆三個(gè)孔，鉆頭力偶矩分別為m1=100kNm，m2=200kNm，m3=300kNm。求夾具對工件的約束反力。Lm1m3m2BALm1m3m2ABNA

NB解：研究工件，受力如右圖所示。主動(dòng)力系為一力偶系，根據(jù)力偶的性質(zhì)，反力也必為一反力偶，由力偶系的平衡方程

Σm

=0有m1+m2+m3-NAL=0

解得五、平面一般力系的簡化與平衡FnF3F2F1P15O.F`A.１、力線平移定理O.F`=F``=F∥F`F``FM結(jié)論:力的作用線可以平行移動(dòng)，移動(dòng)后必須附加一個(gè)力偶，附加力偶的力偶矩等于原來的力對所移動(dòng)點(diǎn)的力矩。

M=mo（F）P15２、平面一般力系的簡化F3F2F1FnFnF1

Omn

.m3

m1F2F3m2O——簡化中心O.MORR——主矢R=ΣFi

與簡化中心無關(guān)

MO——主矩MO=Σmo(Fi)與簡化中心有關(guān)P15討論:主矢R=ΣFi

其大小O.RR——主矢R=ΣFi與簡化中心無關(guān)

MO——主矩MO=Σmo(Fi)與簡化中心有關(guān)yxαMOP161.平衡方程的基本形式平面一般力系平衡R＝0,MO=0

3、平面一般力系的平衡方程及其應(yīng)用平面一般力系的平衡方程:P16TNBG平面一般力系的平衡方程:例:求A、B兩處的約束反力及繩子的拉力解:①.取研究對象——小車②.做受力圖③.建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)軸④.判斷力系類型，列出對應(yīng)的平衡方程⑤.解方程N(yùn)AxyCGαBATCabh平面一般力系２）.平衡方程的其它形式基本形式一矩式二矩式AB⊥x軸三矩式A、B、C不共線注意：不論采用哪種形式的平衡方程，其獨(dú)立的平衡方程的個(gè)數(shù)只有三個(gè)，對一個(gè)物體來講,只能解三個(gè)未知量,不得多列！六、平面平行力系的平衡方程yoxFi∥y軸0=0平面平行力系的平衡方程為或

AB

∥

Fi注意：不論采用哪種形式的平衡方程，其獨(dú)立的平衡方程的個(gè)數(shù)只有兩個(gè)，對一個(gè)物體來講,只能解兩個(gè)未知量，不得多列！本章作業(yè):受力分析:1-10、13、14（在書上完成）書面作業(yè)：

15、17、21、22、23