《化工(制药)设备机械基础》教学大纲

《化工（制药）设备机械基础》教学大纲课程名称：化工（制药）设备机械基础课程类型：必修课总学时：45讲课学时：45学分：2.5学分适用专业：化学工程与工艺制药工程先修课程：大学物理、画法几何、机械制图一、课程的性质、目的和任务化工（制药）设备机械基础是一门非机械类专业的重要的技术基础课，授课对象为化学工程与工艺和制药工程等专业，通过本课程的教学，要求学生对杆件类工程材料的强度、刚度和稳定问题有明确的基本概念，必要的基础知识，一定的工程实际计算能力以及初步的分析能力和实践能力，使学生掌握化工设备基本常识、压力容器的基本理论、压力容器的设计规范、简单压力容器的设计，把学生培养成既懂工艺又懂设备的化工（制药）工程技术人员，为学习后续课程以及工程技术提供必要的基础。二、教学基本要求通过本课程的教学，要求学生掌握工程力学方面的基础知识、材料的性能及各类材料的特点；学会化工设备材料的选择方法；掌握内压薄壁容器常见筒体封头的应力计算和强度设计，理解容器机械设计的基本要求和方法，了解外压圆筒及容器零部件的强度设计及标准选用，理解设备结构与分类，了解附件的结构与作用。三、课程教学内容及教学基本要求教学内容教学要求第一篇静力分析第一章基本概念·受力图刚体的概念，力的概念，平衡的概念，约束与约束力。物体的受力分析·受力图要求了解静力学分析中所用的力学模型是刚体，理解刚体的概念。要求理解力的概念，掌握力的三要素。要求掌握二力平衡条件，不平行的三力平衡条件，加减平衡力系原理。要求了解什么叫约束以及被约束物体；掌握几种典型的约束及其约束性质，约束反力。要求掌握物体受力分析，会画物体受力图。第二章简单力系平面汇交力系的简化与平衡条件，力偶·平面力偶系的简化与平衡条件要求理解平面汇交力系的概念；掌握平面汇交力系的简化及其平衡条件，合力投影定理，如何求解平面汇交力系的平衡问题。要求理解力对点之矩，力偶与力偶的性质；掌握平面力偶系的简化及其平衡条件，如何求解平面力偶系的平衡问题。第三章平面任意力系力向一点平移，平面力系的简化，平面力系的平衡条件要求掌握力向一点平移定理。要求掌握平面任意力系的概念；掌握平面任意力系的简化，合力矩定理，固定端约束。要求掌握平面任意力系的平衡条件，如何求解平面任意力系的平衡问题。第二篇材料力学第四章轴向拉伸与压缩拉、压杆的内力与应力，拉、压杆的强度计算，拉、压杆的变形计算，材料在拉伸、压缩时的机械性能，*拉、压杆的简单静不定问题。要求了解轴力和应力的概念，掌握轴力图的画法，掌握拉、压杆的应力计算。要求掌握拉、压杆的强度条件以及三类强度问题。要求掌握胡可定律，拉、压杆的变形计算，应力－应变关系。要求了解低碳钢和铸铁材料在拉伸时的力学性能、理解相应的强度指标和塑性指标，应力－应变曲线，了解低碳钢和铸铁材料在压缩时的力学性能，了解应力集中的概念，温度等因素对材料机械性能的影响。*解决此类问题的关键是正确分析并建立变形协调条件，要弄清解决超静定问题的方法和步骤，使学生初步了解材料力学是如何处理问题的。第五章扭转引言，外力偶矩·扭矩·扭矩图，圆轴扭转时横截面上的应力分析，圆轴扭转时的强度计算，圆轴扭转时的变形与刚度计算要求理解什么是轴的扭转变形。要求了解外力偶矩和扭矩的概念，掌握扭矩图的画法。要求了解纯剪切的概念，圆轴扭转时应力计算公式的导出；掌握剪切虎克定律，剪应力互等定理；掌握圆轴扭转时的应力计算。要求掌握圆轴扭转时的强度计算。要求了解相对扭转角和单位长度扭转角的概念；掌握圆轴扭转时的变形和刚度计算方法。第六章弯曲应力分析与强度计算引言，梁的内力——剪力与弯矩，纯弯梁横截面上的正应力分析，纯弯应力公式的应用，弯曲强度计算，弯曲应力与强度计算例题要求了解工程中的弯曲问题；理解平面弯曲。要求了解剪力和弯矩的概念，熟练掌握计算指定截面上的剪力和弯矩的方法，弄清剪力和弯矩的正负规定；能够根据剪力方程和弯矩方程绘制剪力图和弯矩图。能够熟练应用剪力、弯矩和分布载荷集度之间的关系来绘制或检查剪力图和弯矩图。要求了解纯弯曲、横力弯曲、平面弯曲、中性层、中性轴的概念；了解纯弯曲时正应力公式的推导过程。掌握纯弯曲正应力计算公式。要求了解纯弯曲时正应力公式的使用条件和适用范围。要求掌握弯曲强度计算及其强度计算的三类问题。要求掌握弯曲应力与强度计算问题的解题方法，一般步骤，解题技巧。第三篇压力容器部分第七章压力容器概述容器的结构与分类，容器机械设计的基本要求，容器的标准化设计，化工容器常用金属材料的基本性能要求掌握常用的压力容器基本结构和基本分类方法。要求了解压力容器机械设计的基本要求。要求了解压力容器设计方面的标准化设计方法。要求了解压力容器常用材料的基本性能。第八章内压薄壁容器设计基础回转壳体的几何特征回转壳体薄膜应力分析，典型回转壳体的应力分析，内压圆筒边缘应力的概念要求对回转壳体的几何特征求有所了解，理解第一与第二曲率半径。要求对回转壳体薄膜应力分析方法有所了解。要求对典型回转壳体的应力分析有所了解。要求了解边缘应力的概念。第九章内压薄壁圆筒和球壳设计概述，内压薄壁圆筒和球壳强度计算，容器的压力试验要求对压力容器的设计有个全面的了解。要求掌握圆筒和球壳容器的强度计算方法。要求对压力容器压力试验的概念、要求、方法有所了解。第十章内压容器封头的设计凸形封头，堆形封头，平板封头，封头的结构特性及选择要求对压力容器凸形封头的设计有所了解。要求对压力容器堆形封头的设计有所了解。要求对压力容器平板封头的设计有所了解。要求理解压力容器封头的结构特性和选择方法。第十一章外压容器设计基础概述，临界压力，外压容器设计方法及要求，外压球壳与凸形封头的设计，加强圈的作用与结构要求了解压力容器外压失稳、圆筒失稳形式的分类。要求了解临界压力、长短和刚性圆筒的概念，了解长、短圆筒和刚性圆筒临界压力的理论计算公式，了解影响理解压力的因素。要求掌握外压圆筒厚度设计方法的步骤。要求了解外压球壳与凸形封头的设计方法。要求对加强圈的作用与结构有所了解。第十二章容器零部件法兰连接，容器支座，容器的开孔补强，容器附件要求对法兰连接的结构、法兰结构的分类、影响法兰密封的因素、法兰标准、法兰选用有所了解。要求对卧式容器支座、立式容器支座有所了解。要求对开孔补强的设计原则与补强结构、适用的开孔范围、不另行补强的最大开孔直径、等面积补强的设计方法有所了解。要求对接管、凸缘、手孔、人孔、视镜、液面计、设备吊耳有所了解。第四篇机械传动部分第十三章带传动概述，带传动的基本理论，带传动的设计，带轮的结构及张紧装置要求对带传动的类型和优缺点有所了解。要求掌握带传动的受力分析、应力分析，了解带的弹性滑动和失效形式与设计准则。要求了解带传动的设计过程。要求对带轮的结构及张紧装置有所了解。第十四章齿轮传动概述，齿廓啮合基本定理和渐开线齿廓的特点，齿轮的失效形式和材料选择，直齿圆柱齿轮传动的强度计算要求对齿轮传动的分类和优缺点有所了解。要求掌握齿廓啮合基本定理和渐开线齿廓的特点。要求了解齿轮失效的主要形式和失效原因及齿轮材料。要求了解齿轮传动的受力分析、计算载荷和轮齿的接触疲劳强度计算。四、课程教学的重点和难点第一篇静力分析第一章基本概念·受力图本章重点是静力学公理，约束及约束反力的概念，物体受力分析及受力图。本章难点是：约束反力的确定以及物体受力分析。第二章简单力系本章重点是平面汇交力系及其平衡条件，平面力偶系及其平衡条件，如何求解平面简单力系的平衡问题。本章难点是平面力偶系及其平衡条件。第三章平面任意力系本章重点是平面任意力系的简化和平衡条件，会求解平面任意力系的平衡问题，求解未知力。本章难点是平面任意力系的平衡问题。第二篇材料力学通过学习本篇，使学生对构件的强度、刚度和稳定性问题有所认识。对材料的基本变形形式有初步的了解。掌握内力应力的基本概念和求内力的基本方法——截面法。第四章轴向拉伸与压缩本章重点是拉、压杆的内力，应力和变形，胡克定律，材料的力学性能，应力集中的概念。本章难点是拉压超静定问题。第五章扭转本章重点是剪切虎克定律，剪应力互等定理，圆轴扭转时的内力、应力和变形的计算及圆轴扭转时的强度条件和刚度条件。本章难点是扭矩图的画法、圆轴扭转时的强度计算和刚度计算。第六章弯曲应力分析与强度计算本章重点是绘制剪力图和弯矩图，弯曲正应力及按正应力进行强度计算。本章难点是绘制剪力图和弯矩图，弯曲正应力及按正应力进行强度计算。第三章压力容器部分第七章概述本章重点是压力容器的结构与分类。第八章内压薄壁容器设计基础本章的重点内容是：掌握典型压力容器的应力分析。本章的难点是回转壳体薄膜应力分析。第九章内压薄壁圆筒和球壳设计本章的重点内容是：内压薄壁圆筒和球壳的强度计算。第十章内压容器封头的设计本章的重点内容是：封头的结构特性及其选择。第十一章外压容器设计基础本章的重点内容是：外压容器的设计方法。第十二章容器零部件本章的重点内容是：法兰连接。第四篇机械传动部分第十三章带传动本章重点：带传动的优缺点。本章难点：带传动的受力分析、应力分析。第十四章齿轮传动本章重点：齿轮传动的优缺点，齿廓啮合基本定理和渐开线齿廓的特点。本章难点：齿轮传动的受力分析、应力分析。五、实践环节独立开课六、教学内容学时分配一览表教学内容理论学时实践学时建议的教学组织形式、方法、手段绪论及第一章基本概念·受力图2讲课第二章简单力系2讲课第三章平面任意力系3讲课，习题课第四章轴向拉伸与压缩4讲课，习题课第五章扭转4讲课，习题课第六章弯曲应力分析与强度计算4讲课，习题课第七章压力容器概述2讲课第八章内压薄壁容器设计基础4讲课第九章内压薄壁圆筒和球壳设计4讲课，习题课第十章内压容器封头的设计2讲课第十一章外压容器设计基础4讲课第十二章容器零部件2讲课第十三章带传动4讲课第十四章机械传动4讲课合计45七、考核方式1．本课程为必修考试科目；2．本课程采用总评成绩评定方法，期末考试卷面成绩占70%，平时成绩占30%。八、参考书目1．建议教材《化工设备机械基础》，化工出版社，赵军等编，第一版。2．参考书目《工程力学（静力学与材料力学）》，机械工业出版社，范钦珊，蔡新编，第二版。《工程力学》，大连理工大学出版社，银建中编，第一版。《工程力学（静力学与材料力学）》，高等教育出版社，单辉祖，谢传锋编，第一版。3、有关说明（教学建议）本大纲是参照全日制高等学校的教学大纲制定的。本大纲只作为教学指导性文件，大纲中列出的基本内容和基本要求，各教学环节的安排及先后次序可根据具体情况进行安排。大纲制订人：肖美添制订日期：2009.09.01