最新化工机械设备教案

化工机械设备教案

课程教案

2012~ 2012学年第1学期

课程编号07023205

课程名称化工机械与设备

主讲教师

职称

系 (部) 名称化学化工系

课程编号07023205 课程名称化工机械与设备

课程类型公共必修课（）专业必修课（√）专业限选课（）专业选修课（）公共选修课（）

第一章授课计划

绪论化工构件结构上的要求：

1、强度：构件在外力作用下抵抗破坏的能力；

2、刚度：构件在外力作用下保持形状的能力；

3、稳定性：构件在外力的作用下构件不致突然丧失保持原有形状的能力；

4、耐久性：指设备的可使用年限；

5、密封性：保持介质不泄露的能力；

6、其它方面：安装运输方便，运转性能好。

第一章零部件的受力分析

本章主要讨论的两个问题

(1)物体平衡的概念和静力平衡的基本规律；

(2)如何运用静力平衡的规律，由已知力求出未知力。

第一节受力分析概述

一、力的基本概念

力是物体之间相互的机械作用。

力的三要素：大小、方向、作用点。

单位：牛顿（N）、千牛（KN），1kgf=9.8N。

二、受力分析实例

(1)塔设备自身的重力W；

(2)风力q；

(3)基础对塔底的反作用力

N y，力N y把塔设备托住；

(4)基础螺栓对塔设备所产

生的力矩M，使塔设备既不

会被风吹倒；

(5)横向阻力N x，使塔设备

不会移动。

图1-1

由以上分析可知，塔设备作用着W、q、N x、N y和M 五个力和力矩; 其中W、q可以从设计条件估算或从设计规范查出，因此是已知力；而Nx、Ny和M是待求的未知力和力矩。通过塔设备处于“平衡状态”(相当于静置状态)的特定条件，并根据下面将要介绍的静力平衡方程，可以比较简便地由已知力求解这三个未知力和力矩，从而把塔设备底部的受力情况分析清楚。然后就可以根据下一章将要介绍的强度条件计算出：

(1)受风力q 和N y力作用的塔底座圈应选用多大的尺寸；

(2)受力矩M作用的基础螺栓要选用多大的直径；

(3)由已知的设计压力p、风力q和塔设备的重力W，确定塔体的厚度。

另外，要掌握刚体的概念：在受到外力时完全不发生形变的物体称为刚体。本章所讨论的构件均视为刚体。

第二节约束、约束反力与受力图

一、平衡力

一个物体上受二个力作用达到静力平衡，则这二个力大小相等，方向相反，作用在一条直线上。这两个力互为平衡力。

图1-3

二力构件：只受两个力的作用，而处于平衡状态的构件。

受力分析时，对于二力构件，应先进行分析。

二、作用力与作用反力

两个物体间的作用力与反作用力，总是大小相等，方向相反，作用于同一条直线上。

图1-5

三、平衡力与作用力和反作用力的区别

相同点：

两个力都是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。

不同点：

1)平衡力是作用于同一个物体上的两个力，而作用和反作用力是分别作用于不同物体上的两个力。

2)平衡力中的两个力没有必然的联系。而作用和反作用力中的任意一个力消失，另外一个力也随之消失。

四、约束和约束反力

约束：工程上把对于某一构件的活动起着限制作用的其他物体叫做约束。

约束反力：约束之所以能限制构件的运动是由于约束有力作用在被约束的构件上，这种作用力，称为约束反力，简称反力。

约束和约束反力的联系和区别：约束是一种概念，而约束反力是一种力，约束必须通过力来实现，这种相对应的力就是约束反力。

主动力：引起物体运动和运动趋势的力；

被动力：由主动力的作用而引起的力。

约束反力属于被动力。

主动力和约束反力是作用力和反作用力么？

五、分离体和受力图

1、分离体的定义：为了使物体受力情况的分析能清晰地表达出来，需要把所分析的物体(即研究对象) 从跟它发生联系的周围物体中分离出来。这个被分离出来的研究对象称为分离体。

2、什么是受力图：为了不改变分离体的受力情况，就必须把作用在分离体上的全部作用力——主动力及周围约束对分离体作用的约束反力都画出来。这样画出的物体受力简图就称为受力图。

适当地选取分离体，正确地画出受力图是进行受力分析的主要前提。

图1-2

试分析图1-2中哪个是分离体，作用的分离体上的力，哪些是主动力，哪些是约束反力？

六、工程上常见的几种约束形式和确定约束反力的方法

1、柔性物体约束

定义：这类约束是从绳索、链条、皮带等一类柔性物体抽象出来的。

特点：只能限制物体沿柔性物体被拉直的方向运动。约束反力的作用线沿着被拉直的柔性物体中心线且背离物体运动方向。

力的种类：拉力。

图1-3图1-4

2、光滑面约束

定义：当两个物体的接触面比较光滑或有良好的润滑时，接触面间的摩擦力很小，可以忽略不计，这类约束叫做光滑面约束。

特点：这种约束只能阻止物体沿着接触点的公法线而趋向支承面的运动，但不能阻止物体离开支承面和在支承面的切平面内的运动。约束反力通过接触点，并沿公法线，指向被约束的物体。

力的种类：支持力。

图1-6

图1-5

3、固定铰链约束

定义：把构成圆柱形铰链的其中一个构件固定在基础、支架或机架上，这样的圆柱形铰链叫做固定铰链支座，这种支座对与其相连接的构件所产生的约束就叫固定铰链约束。

特点：铰链的一段是固定的，另一端是一个杆件，两个部件通过圆柱形销钉相连。销钉的约束作用是阻止物体在与销钉的轴线相垂直的平面内沿任何方向移动。由于杆