化工设备机械基础习题及答案

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℃。2.桅杆式起重机由桅杆D、起重杆AB和钢丝BC用铰链A连接而组成。P＝20KN，试求BC绳的拉力与铰链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T。4.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e(m)，主塔重P1(KN)，侧塔重P2(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处用铰链联结而成，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，=75℃，h=3m，a＝2m时，求绳的拉力的大小。.7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A为250mm2，P=10KN。8.一根直径d=3mm，长L=3m的圆截面杆，承受轴向拉力P=30KN，其伸长为ΔL=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9.一根钢杆，其弹性模量E=2.1×105MPa，比例极限p=210MPa；在轴向拉力P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？10.两块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[]=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.简易支架可简化为图示的铰接三角形支架ABC。AB为圆钢杆，许用应力[]=140MPa；BC为方木杆，许用应力[]=50MPa。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[]=50MPa，试校核活塞杆的强度。参考答案1-13．解：横截面上的应力：MPa因为：MPa，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[]=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。16.一卧式贮耀，内径为1600mm，壁厚20mm，封头高H=450mm；支座位置如图，L=8000mm，a=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。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。18.分馏塔高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，q1=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[]=150MPa。试设计I-I及II-II截面的尺寸。21.横梁设计为矩形截面h/b＝3∶1，许用应力[]=160MPa，求此梁的最大挠度和最大转角。钢材的弹性模量E=2.0×105MPa。图中P=20KN,q=10KN/m，l=4m。参考答案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[]=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b×h×l=20×12×100（mm），传递的力偶矩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n＝100转／分，[]=40MPa，[]＝0.5°／m，G=8.0×104MPa。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：MPa销钉所受的的最大挤压应力为：MPa25.某搅拌轴材质为45号钢，其许用应力[]=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，轴的转速n＝40r/min，由89×10(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.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：MPaMPa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[]=100MPa。如果图示链环有缺口，其许可拉力P为多大？如果将缺口焊好，则其许可拉力P'为多大？32.手摇铰车如图所示。轴的直径d=30mm，材料为Q235钢，[]=80MPa。试按第三强度理论求铰车的最大起重量P。33.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[]=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d1=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[]=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l=3000mm，两端看成铰链支座。铸铁的许用应力[]=80MPa。求此管最大许可压力。习题参考答案1.2.3.4.5.6.7.8.9.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。10.故，强度足够。11.12.13.14.15.(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(i)(j)(k)(l)(m)(n)16.17.18.19.所以，强度不够20.21.22.抗剪:抗挤:23.24.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：MPa25.26.强度足够27.轴的外径:强度足够28.强度足够29.计算主应力和方向的公式为：将(a)(b)(c)各题带入得：(a)(b)(c)30.主应力为：MPaMPa受主应力作用的单元体如下图中的蓝色线条所表示的：31A点受弯矩和力的组合作用.其中，，，代入上式得：32.本题为拉扭组合最大剪应力在圆轴的外圆周上：最大的拉应力作用在轴的上下边缘处：第三强度理论：33.第三强度理论：第四强度理论：34.所以，千斤顶稳定35.需用的最大压力为：