化工机械基础-第一章课件.ppt

1、化工设备机械基础教程主讲：何光洪主讲：何光洪 电话：电话：658307 化工设备机械基础教程教材：面向21世纪课程教材化工机械基础（第二版），陈国桓主编，化学工业出版社化工设备机械基础教程绪绪 言言一、目的和意义一、目的和意义 选择与设计合理的设备，简化流程，降低成本选择与设计合理的设备，简化流程，降低成本 熟悉设备的结构和材质熟悉设备的结构和材质 掌握基本工程力学知识，了解化工设备常用材料特性掌握基本工程力学知识，了解化工设备常用材料特性及焊接知识，掌握化工设备的设计计算，及典型机械及焊接知识，掌握化工设备的设计计算，及典型机械传动。传动。化工设备机械基础教程二、主要内容及学时安排二、主要内

2、容及学时安排第一篇第一篇 工程力学工程力学 22 学时学时第二篇第二篇 材料与焊接材料与焊接 6 学时学时第三篇第三篇 容器设计容器设计 12 学时学时第四篇第四篇 机械传动与减速器机械传动与减速器 8 学时学时化工设备机械基础教程第一篇第一篇 工程力学基础概述工程力学基础概述 工程力学是一门研究物体机械运动以及构件强度、刚度和稳定性的工程力学是一门研究物体机械运动以及构件强度、刚度和稳定性的科学。这一篇包含工程力学两个基础部分的内容：静力学和材料力学。科学。这一篇包含工程力学两个基础部分的内容：静力学和材料力学。 要想物体在外力的作用下能够安全可靠的工作，则需要满足以下三要想物体在外力的作用

3、下能够安全可靠的工作，则需要满足以下三个力学条件：个力学条件： 强度强度条件：强度是指构件抵抗破坏的能力；条件：强度是指构件抵抗破坏的能力； 刚度刚度条件：刚度是指构件抵抗变形的能力；条件：刚度是指构件抵抗变形的能力； 稳定性稳定性条件：稳定性是指构件保持原有平衡形态能力。条件：稳定性是指构件保持原有平衡形态能力。 本篇讨论等截面直杆的强度、刚度问题，稳定性问题放到后面本篇讨论等截面直杆的强度、刚度问题，稳定性问题放到后面“外外压容器设计压容器设计”中进行学习。中进行学习。 化工设备机械基础教程主主 要要 内内 容容 第一章第一章 物体的受力分析和及其平衡条件物体的受力分析和及其平衡条件第二章

4、第二章 直杆的直杆的拉伸和压缩拉伸和压缩第三章第三章 直杆的弯曲直杆的弯曲 第四章第四章 剪切剪切 第五章第五章 圆轴的扭转圆轴的扭转 第六章第六章 组合变形和强度组合变形和强度 化工设备机械基础教程第一章第一章 物体的受力分析和及其平衡条件物体的受力分析和及其平衡条件本章的重点内容：本章的重点内容：1. 力的概念，力的三个要素；力的概念，力的三个要素；2. 作用与反作用定律，二力平衡定律，力的合成与分解；作用与反作用定律，二力平衡定律，力的合成与分解；3. 约束和约束反力；约束和约束反力；4. 力矩、力偶的概念，力的平移；力矩、力偶的概念，力的平移；5.受力分析及受力图；受力分析及受力图；6

5、. 平面力系的平衡方程式平面力系的平衡方程式；化工设备机械基础教程第一节第一节 力的概念和基本性质力的概念和基本性质一一 、 力的概念及作用形式力的概念及作用形式 1. 力的外效应与内效应力的外效应与内效应外效应：使物体运动状态发生改变外效应：使物体运动状态发生改变内效应：使物体发生变形内效应：使物体发生变形 如果忽略物体的微小变形，则可将物体看成刚体。本章研究如果忽略物体的微小变形，则可将物体看成刚体。本章研究的对象都是刚体，讨论的是物体的外效应的对象都是刚体，讨论的是物体的外效应。 2.2.力的概念力的概念 力是物体之间的相互作用，总是成对地出现。力是物体之间的相互作用，总是成对地出现。

6、力的三要素：力的大小、方向、作用点。力的三要素：力的大小、方向、作用点。 力是既有大小又有方向的矢量，用表示矢量的方法来表示力是既有大小又有方向的矢量，用表示矢量的方法来表示（图（图1-1） 。如下图中作用小车上的重力如下图中作用小车上的重力P与拉力与拉力T。 化工设备机械基础教程3.力的作用形式大致有以下三种：力的作用形式大致有以下三种：集中力：单位用集中力：单位用“牛牛”(N)或或“千千牛牛”(kN)。均布载荷：单位用均布载荷：单位用 N/m2, N/m线分布力：单位用线分布力：单位用“牛牛”(N)或或“千千牛牛”(kN)化工设备机械基础教程二、力的基本性质二、力的基本性质1. 1. 作用

7、与反作用定律作用与反作用定律 作用力与反作用力同时产生，同时消失，大小作用力与反作用力同时产生，同时消失，大小相等，方向相反，作用于同一条直线上。（这两个相等，方向相反，作用于同一条直线上。（这两个力分别作用在两个物体上）力分别作用在两个物体上）2. 2. 二力平衡定律二力平衡定律 当物体上有两个外力作用而处于平衡时，这两当物体上有两个外力作用而处于平衡时，这两个外力必定大小相等，方向相反，作用于同一直线。个外力必定大小相等，方向相反，作用于同一直线。（这两个力作用于同一物体上）（这两个力作用于同一物体上）3. 3. 加减平衡力系定律加减平衡力系定律 当在物体上同时加上或减去一对大小相等，方当

8、在物体上同时加上或减去一对大小相等，方向相反，作用于同一直线的力时，物体的运动状态向相反，作用于同一直线的力时，物体的运动状态不变。不变。化工设备机械基础教程4. 4. 力的平行四边形法则力的平行四边形法则 力的合成与分解的基本规则力的合成与分解的基本规则 R=F1+F2R=F1+F2化工设备机械基础教程5. 5. 力的解析法力的解析法 设力设力F F与与x x轴的正向夹角为，则力轴的正向夹角为，则力F F在在x x轴与轴与y y轴上的轴上的投影分别为，见图投影分别为，见图1 17 7。sincosFFFFyx 如果已知力的投影如果已知力的投影X、Y，则力大小和方向为：，则力大小和方向为：Xt

9、gYXYF22化工设备机械基础教程第二节第二节 力矩与力偶力矩与力偶 一、力矩的概念 定义：力矢的模与力臂的乘积。 方向性：逆时针转动取正号，顺时针转动取负号。 单位：Nm或kNm 当Mo(F)=0，不能使物体绕力矩中心转动dFFmO)(化工设备机械基础教程二、力偶二、力偶二、力偶 力偶：物体受到两个大小相等、方向相反、互相平行的力的作用，对物体产生纯转动效应，记为（F，F）。 力偶矩：构成力偶的两个力对平面内任一点之矩的代数和称为力偶矩，记为m（F，F）。其中两力之间的垂直距离称为力偶臂。dFm化工设备机械基础教程力偶的主要性质：力偶的主要性质：只要保持力偶矩的大小及其转向不变，力只要保持力

10、偶矩的大小及其转向不变，力偶可在平面内任意移动或转动，还可以任偶可在平面内任意移动或转动，还可以任意改变力的大小和力臂的长短，而不影响意改变力的大小和力臂的长短，而不影响该力偶对物体的效应。该力偶对物体的效应。力偶不能用一个力来代替，只能用另一力力偶不能用一个力来代替，只能用另一力偶来平衡。偶来平衡。组成力偶的两个力对作用面内任意点的力组成力偶的两个力对作用面内任意点的力矩之和等于力偶矩矩之和等于力偶矩化工设备机械基础教程力的平移：就是把作用在刚体力的平移：就是把作用在刚体上的一个力，从原位置平行移上的一个力，从原位置平行移动到该刚体上另一位置。动到该刚体上另一位置。力线平移定理：作用在刚体上

11、力线平移定理：作用在刚体上的力的力F可以平行移动到刚体上可以平行移动到刚体上任一点，但同时必须附加一个任一点，但同时必须附加一个力偶，其力偶等于原力力偶，其力偶等于原力F对新对新作用点的矩。作用点的矩。 第三节、力的平移第三节、力的平移化工设备机械基础教程第四节第四节 平面一般力系向一点的简化平面一般力系向一点的简化iFR主矢：iOmM主矩：化工设备机械基础教程第五节第五节 约束和约束反力约束和约束反力如：绳索，传动带，链条等，忽略刚性，不计重力，绝对如：绳索，传动带，链条等，忽略刚性，不计重力，绝对柔软且不可伸长柔软且不可伸长特点：只受拉，不受压，不能抗拒弯矩，限制物体沿柔性特点：只受拉，不

12、受压，不能抗拒弯矩，限制物体沿柔性体伸长的方向运动。体伸长的方向运动。首先，明确几个概念：自由体首先，明确几个概念：自由体 非自由体非自由体 约束约束 约束反力约束反力1 1、柔性约束（柔索约束）、柔性约束（柔索约束） 化工设备机械基础教程化工设备机械基础教程化工设备机械基础教程2 2、光滑接触面约束、光滑接触面约束 特点：只受压，不受拉，力沿接触点处的公法线而指特点：只受压，不受拉，力沿接触点处的公法线而指向物体，一般用向物体，一般用N表示。又叫法向反力。表示。又叫法向反力。 化工设备机械基础教程3、铰链约束、铰链约束 化工设备机械基础教程1）固定铰链支座约束）固定铰链支座约束 底座固定在支

13、撑面上的铰支座。底座固定在支撑面上的铰支座。 特点：底座既限制物体沿支特点：底座既限制物体沿支撑面法线方向的运动也限制沿支撑面法线方向的运动也限制沿支撑面的运动。撑面的运动。固定铰链支座类型固定铰链支座类型化工设备机械基础教程2）活动铰链支座约束）活动铰链支座约束 底座可以移动的铰支座。底座可以移动的铰支座。 特点：底座只能限制物体沿特点：底座只能限制物体沿支撑面法线方向的运动而不限支撑面法线方向的运动而不限制沿支撑面的运动。制沿支撑面的运动。活动铰链支座类型活动铰链支座类型化工设备机械基础教程4、固定端约束、固定端约束特点：这类约束的特点是既限制物体的移动也限制物体的转动。特点：这类约束的特

14、点是既限制物体的移动也限制物体的转动。 化工设备机械基础教程第六节第六节 分离体和受力图分离体和受力图几个基本概念几个基本概念受力分析受力分析 ：分析某一物体上受到那些力的作用，这些：分析某一物体上受到那些力的作用，这些力的大小、方向、位置如何？力的大小、方向、位置如何？分离体：从研究对象分离出来的自由体。分离体：从研究对象分离出来的自由体。受力图：表示物体受力情况的简图。受力图：表示物体受力情况的简图。 化工设备机械基础教程例例1-1某化工厂的卧式容器，容器总重量某化工厂的卧式容器，容器总重量(包括物料、包括物料、保温层等保温层等)为为Q，全长为，全长为L，支座，支座B采用固定式鞍座，支座采

15、用固定式鞍座，支座C采用活动式鞍座。试画出容器的受力图。采用活动式鞍座。试画出容器的受力图。化工设备机械基础教程例例1-2焊接在钢焊接在钢柱上的三角形钢结柱上的三角形钢结构管道支架，上面构管道支架，上面铺设三根管道，试铺设三根管道，试画出结构整体及各画出结构整体及各构件的受力图。构件的受力图。化工设备机械基础教程画受力图的步骤：画受力图的步骤：1) 简化结构，画结构简图；简化结构，画结构简图； 2) 选择研究对象，画出作用在其上的全部主动力；选择研究对象，画出作用在其上的全部主动力；3) 根据约束性质，画出作用于研究对象上的约束反力。根据约束性质，画出作用于研究对象上的约束反力。化工设备机械基

16、础教程第七节第七节 平面力系的平衡方程式平面力系的平衡方程式平面力系平衡的充要条件：力系的主矢和对任一点的主平面力系平衡的充要条件：力系的主矢和对任一点的主矩都等于零。矩都等于零。 0,0OMR0)(,0,0FmYXO0,0)(,0)(XFmFmBA0)(, 0)(, 0)(FmFmFmCBA化工设备机械基础教程例例1-3 梁梁AB，长，长L=6m，A、B端各作用一力偶，端各作用一力偶，m1=15kN.m，m2=24kN.m，转向如图所示，求支座，转向如图所示，求支座A、B的反力。的反力。 化工设备机械基础教程例例1-4 刚架所受荷载、尺寸及支承情况见图，求支座刚架所受荷载、尺寸及支承情况见图

17、，求支座A及及B处的反力。处的反力。 化工设备机械基础教程例例1-5 悬臂梁悬臂梁AB作用有均布荷载作用有均布荷载q，在自由端还受一集中力和，在自由端还受一集中力和一力偶矩为一力偶矩为m的力偶作用，梁长度为的力偶作用，梁长度为L。求固定端。求固定端A的约束反力。的约束反力。 mPLqLMPqLYXAAA221, 0解得：化工设备机械基础教程通过以上例子分析，可以得到求解物体平衡问题的通过以上例子分析，可以得到求解物体平衡问题的解题方法和步骤：解题方法和步骤：确定研究对象，取分离体，画受力图；确定研究对象，取分离体，画受力图；选取合适的坐标轴，列出静力平衡方程；选取合适的坐标轴，列出静力平衡方程；解平衡方程，求出未知量。解平衡方程，求出未知量。 化工设备机械基础教程作作 业业P91 1、2、5、6化工设备机械基础教程