化工设备机械基础

化工机械设备是化学工业生产中所用的机器和设备的总称。化工生产中为了将原料加工成一定规格的成品，往往需要经过原料预处理、化学反应以及反应产物的分离和精制等一系列化工过程，实现这些过程所用的机械，常常都被划归为化工机械。

化工设备机械基础

• 物体的受力分析和静力平衡方程
  • 静力学基本概念
    • 力的概念
      • 三要素:大小，方向，作用力
      • 力的分类:体积力，表面力，集中力，分布力，均布力
    • 刚体的概念
      • 在力作用下不发生变形的物体
    • 平衡的概念
      • 二力平衡原理:等值，反向，共线
      • 加减平衡力系原理
    • 作用力和反作用力定律
      • 大小相等，方向相反，作用在同一条直线上（不是同一物体上）
  • 约束和约束反力
    • 概念
      • 约束力
        • 限制非自由体运动的装置或设施称为约束
      • 约束反力
        • 约束同时会对被约束物体产生反作用力
    • 分类
      • 柔索约束
      • 理想光滑面约束
      • 圆柱铰链约束
        • 固定铰支座
        • 可动铰支座
  • 分离体和受力图
  • 力的投影 合力投影定理
    • 力的投影概念
      • ①力在互相平行且同向的轴上投影相等 ②将力平行移动，此力在同一轴上的投影值不变
    • 力在直角坐标轴上投影
    • 合力投影定理
      • 合力在某一轴上的投影等于各分力在同一轴上的投影的代数和
  • 力矩 力偶
    • 力矩
      • MO（F）=±Fh N.mh为力臂
      • 力与力臂的乘积，称为力F对点O的矩MO（F），它是力使物体绕O点转动效应的度量
    • 力偶与力偶矩
      • m（或M）=±Fd
      • 力偶是由大小相等、作用线平行、指向相反而不共线的两力所组成的力系
      • 性质
        • 等效变换性
        • 基本物理量
        • 可合成性
  • 力的平移
    • 作用在刚体上的力F，可以平移到任一个新作用点，但是必须附加一力偶，此附 加力偶的力偶矩等于原力F对其新作用点的力矩，其转向为原力绕新作用点的方向
  • 平面力系的简化 合力矩定理
    • 平面力系的简化
      • 主矢
        • 平面力系各个力的矢量和称为主矢
      • 主矩
        • 平面力系各个力对已知点O的矩的矢量和称为主矩
    • 平面力系简化结果的讨论
    • 合力矩定理
      • 平面力系的合力对作用面内任一点的矩，等于各分力对同点之矩的代数和
  • 平面力系的平衡方程
    • 力系的主矢和力系对任意点的主矩都等于零
    • ΣFx=0，ΣFy=0，Σm0（F）=0
  • 空间力系
    • 力在直角坐标轴上的投影
      • X=Fcosα Y=Fcosβ Z=Fcosγ cos2α+cos2β+cos2γ=1
    • 力对轴的矩
      • Mz(R)=∑Mz(F)
    • 空间力系的平衡方程
• 拉伸，压缩与剪切
  • 四个基本假设
    • 连续性假设
    • 均匀性假设
    • 各向同性假设
    • 小变形假设
  • 轴向拉伸与压缩的概念与实例
    • 杆件受力特点
      • 外力合力的作用线与杆的轴线重合
    • 杆件变形特点
      • 杆件沿轴线方向伸长或缩短
  • 轴向拉伸或压缩时横截面上的内力
    • 内力的概念
      • 外力作用产生变形时，内部各部分因相对位置改变而引起的相互作用力
    • 截面法 轴力
  • 轴向拉伸或压缩时横截面上的应力
    • 应力的概念
      • 定义内力的集度（单位面积的内力）称为应力
      • 正应力σ
      • 剪应力τ
    • 轴向拉伸（压缩）时横截面上的应力
      • σ=Fn/A
  • 轴向拉伸与压缩时的变形
    • 轴向变形
      • Δl∝Fl/A
    • 胡克定律
      • Δl=Fl/EA ε=Δl/l=σ/E
    • 横向变形
      • μ=∣ε′/ε∣
  • 材料在拉伸和压缩时的力学性能
    • 材料在拉伸时的力学性能
      • 低碳钢拉伸时的力学性能
        • 弹性阶段
          • 服从虎克定律，低碳钢的σp=190～200MPa
        • 屈服阶段
          • 应力不增加，应变提高
        • 强化阶段
          • 大比例的塑性变形伴有少量的弹性变形
        • 局部变性阶段
          • 试样断裂已经不可避免。 材料的延伸率：δ=（l1-l0）/l0×100%； 截面的收缩率：ψ=（A0-A1）/A0×100%。 低碳钢（A3）的δ=20～30%，ψ≈60%。
      • 其他塑性材料拉伸时的力学性能
      • 铸铁拉伸时的力学性能
    • 材料在压缩时的力学性能
  • 拉伸和压缩的强度计算
    • 安全因数和许用应力
    • 拉伸和压缩时的强度条件
      • σ=Fn/A≤[σ]
  • 应力集中的概念
    • 因构件截面尺寸突然变化而引起局部应力急剧增大的现象
  • 剪切和挤压的实用计算
    • 剪切的实用计算
      • 剪应力τ=Q/A
      • 为保证构件不被剪断，应满足：τ=Q/A≤[τ]
    • 挤压的使用计算
      • 挤压强度σp= F/Ap≤[σp]
• 扭转
  • 扭转的概念和实例
    • 受力特点
      • 作用在杆件上的外力主要是一组力偶 这些力偶的作用面都垂直于杆件的轴线
    • 变形特点
      • 杆件的任意两个横截面绕轴线相对转 过一个角度，这个角称作相对扭转角
  • 扭转时外力和内力的计算
    • 外力偶矩的计算
      • M=P/ω=9550P/n
    • 扭转和扭矩图
      • 右手螺旋法则
  • 纯剪切
    • 薄壁圆筒扭转时的切应力
    • 切应力互等定理
      • (τ′tdx)dy-(τtdy)dx=0 τ=τ'
      • 过一个点的两个相互垂直的截面内，应力必然 成对存在，且大小相等、方向相反
    • 切应变 剪切胡克定律
      • τ=Gγ
  • 圆轴扭转的应力
    • 变形分析
      • 距圆心为ρ处的角应变γρ=（dφ/dx）
    • 扭转剪应力及其分布规律
      • 横截面上剪应力变化规律 的公式：τρ=G.ρ（dφ/dx）
    • 扭矩与扭转变形dφ/dx之间的关系
      • MT=G（dφ/dx）∫Aρ2dA=GIp（dφ/dx） 式中Ip=∫Aρ2dA，称为极惯性矩
    • 扭转剪应力的计算公式
      • 圆轴扭转时，在扭矩为MT的横截面上，距轴心为ρ处的 扭转剪应力为：τρ=MT.ρ/Ip那么：τmax= MT.R/Ip=MT/Wp
  • 圆轴扭转的强度条件
    • τmax= MT/Wp≤[τ]
    • 对于塑性材料：[τ]=（0.5～0.6）[σ] 对于脆性材料：[τ]=（0.8～1.0）[σ]
  • 圆轴扭转的变形和刚度条件
    • 圆轴扭转的变形
    • 圆轴扭转的刚度条件
      • 精密机械轴[Ψ']=（0.15°～0.5°）/m 一般传动轴[Ψ']=（0.5°～1.0°）/m 较低精密轴[Ψ']=（2°～4°）/m。
• 疲劳
  • 交变应力的概念
    • 交变应力
      • 随时间作周期性变化的应力
    • 交变应力的循环特征
      • 应力循环
        • 应力经历了变化的全过程又回到 原来的数值，称为一个应力循环
      • 周期T
        • 对称循环
          • r =-1(σm=0，σa=σmax)
        • 非对称循环
          • r ≠-1的所有循环
  • 疲劳的概念
    • 金属构件经过一段时间交变应力的作用后发生 的断裂现象称为疲劳破坏，简称疲劳
  • 持久极限
    • 材料的持久极限
    • 影响构件持久极限的因素
      • 构件外形的影响
      • 构件尺寸的影响
      • 构件表面质量的影响
    • 对称循环下构件的持久极限
  • 提高构件疲劳强度的措施
    • 减缓应力集中
    • 降低表面粗糙度
    • 增加表面强度
• 应力状态分析 强度理论 组合变形
  • 应力状态的概念
    • 一点的应力状态
    • 主平面和主应力
  • 平面应力状态分析
    • 任意斜截面上的应力
    • 主平面和主应力
    • 极值切应力
  • 三向应力状态简介 广义胡克定律
    • 三向应力状态的最大应力
    • 广义胡克定律
  • 强度理论简介
    • 脆性断裂理论
    • 塑性屈服理论
  • 组合变形的强度计算
    • 组合变形的概念与实例子
    • 拉伸
    • 弯曲与扭转的组合
• 弯曲
  • 弯曲的概念和实例
    • 轮轴、横梁等受力的作用由直变弯，称为弯曲
    • 载荷的简化
      • 集中力，集中力偶，分布载荷
    • 支座的简化
      • 固定铰支座，可动铰支座，固定端约束
    • 梁的简化
      • 简支梁，外伸梁，悬臂梁
  • 剪力和弯矩
    • 任一横截面上的剪力在数值上等于该截面左边或右边梁上诸外力的代数和
    • 横截面上的弯矩在数值上等于该截面左边或右边梁上诸外力 对于该截面形心（或中性轴）的力矩代数和
  • 剪力图和弯矩图
    • 剪力方程：Q=f1（x） 剪矩方程：M=f2（x）
  • 纯弯曲时梁横截面上的正应力
    • 根据弯曲变形计算弯曲应力
      • 在正应力不超过材料比例极限的情况下 可以应用虎克定律：σ=Eε=Ey/ρ 应用以上公式，必须满足：σmax=Eymax/ρ≤σp
    • 弯曲时梁轴线某点的曲率1/ρ与该点所在横截面上弯矩的关系
      • 1/ρ=M/（E·Iz）
    • 正应力的计算公式
      • σmax1= My1/ Iz=M/ W1 σmax2= My2/ Iz=M/ W2
    • 正应力的强度条件
      • σmax=Mmax/ Wz≤[σb] 式中[σb]是许用弯曲应力
  • 惯性矩的计算
    • 简单截面图形的惯性矩
    • 组合截面的惯性矩 平行移轴公式
  • 弯曲正应力的强度条件
  • 梁弯曲时的切应力
    • 矩形截面梁
      • τmax=(3 Q)/(2A)
    • 工字形截面梁
      • τmax≈Q/（h0·d）
    • 圆形截面梁
      • τmax=2Q/A
    • 实心圆截面梁
      • τmax=(4 Q)/(3A)
  • 弯曲变形
    • 挠曲线 挠度和转角
      • 挠度：梁在变形后，各个横截面的形心出现垂直于变形前梁的 轴线方向的横向位移，称为梁在该截面的挠度υ
      • 转角：梁在变形时，各个横截面绕中性轴的 转动的角度，称为该截面的转角θ
      • 梁在变形后，在梁的对称平面内弯成一条连续而又光滑的平面曲线， 这条曲线称为梁的弹性曲线或挠曲线
    • 挠曲线的近似微分方程
    • 用叠加法求梁的变形
    • 梁的刚度校核
      • Vmax≤[y] θmax≤[θ]
  • 提高梁弯曲强度和刚度的措施
    • 合理安排梁的受力情况
    • 选择合理的截面形状

化工设备机械基础

• 物体的受力分析和静力平衡方程
  • 静力学基本概念
    • 力的概念
      • 三要素:大小，方向，作用力
      • 力的分类:体积力，表面力，集中力，分布力，均布力
    • 刚体的概念
      • 在力作用下不发生变形的物体
    • 平衡的概念
      • 二力平衡原理:等值，反向，共线
      • 加减平衡力系原理
    • 作用力和反作用力定律
      • 大小相等，方向相反，作用在同一条直线上（不是同一物体上）
  • 约束和约束反力
    • 概念
      • 约束力
        • 限制非自由体运动的装置或设施称为约束
      • 约束反力
        • 约束同时会对被约束物体产生反作用力
    • 分类
      • 柔索约束
      • 理想光滑面约束
      • 圆柱铰链约束
        • 固定铰支座
        • 可动铰支座
  • 分离体和受力图
  • 力的投影 合力投影定理
    • 力的投影概念
      • ①力在互相平行且同向的轴上投影相等 ②将力平行移动，此力在同一轴上的投影值不变
    • 力在直角坐标轴上投影
    • 合力投影定理
      • 合力在某一轴上的投影等于各分力在同一轴上的投影的代数和
  • 力矩 力偶
    • 力矩
      • MO（F）=±Fh N.mh为力臂
      • 力与力臂的乘积，称为力F对点O的矩MO（F），它是力使物体绕O点转动效应的度量
    • 力偶与力偶矩
      • m（或M）=±Fd
      • 力偶是由大小相等、作用线平行、指向相反而不共线的两力所组成的力系
      • 性质
        • 等效变换性
        • 基本物理量
        • 可合成性
  • 力的平移
    • 作用在刚体上的力F，可以平移到任一个新作用点，但是必须附加一力偶，此附 加力偶的力偶矩等于原力F对其新作用点的力矩，其转向为原力绕新作用点的方向
  • 平面力系的简化 合力矩定理
    • 平面力系的简化
      • 主矢
        • 平面力系各个力的矢量和称为主矢
      • 主矩
        • 平面力系各个力对已知点O的矩的矢量和称为主矩
    • 平面力系简化结果的讨论
    • 合力矩定理
      • 平面力系的合力对作用面内任一点的矩，等于各分力对同点之矩的代数和
  • 平面力系的平衡方程
    • 力系的主矢和力系对任意点的主矩都等于零
    • ΣFx=0，ΣFy=0，Σm0（F）=0
  • 空间力系
    • 力在直角坐标轴上的投影
      • X=Fcosα Y=Fcosβ Z=Fcosγ cos2α+cos2β+cos2γ=1
    • 力对轴的矩
      • Mz(R)=∑Mz(F)
    • 空间力系的平衡方程
• 拉伸，压缩与剪切
  • 四个基本假设
    • 连续性假设
    • 均匀性假设
    • 各向同性假设
    • 小变形假设
  • 轴向拉伸与压缩的概念与实例
    • 杆件受力特点
      • 外力合力的作用线与杆的轴线重合
    • 杆件变形特点
      • 杆件沿轴线方向伸长或缩短
  • 轴向拉伸或压缩时横截面上的内力
    • 内力的概念
      • 外力作用产生变形时，内部各部分因相对位置改变而引起的相互作用力
    • 截面法 轴力
  • 轴向拉伸或压缩时横截面上的应力
    • 应力的概念
      • 定义内力的集度（单位面积的内力）称为应力
      • 正应力σ
      • 剪应力τ
    • 轴向拉伸（压缩）时横截面上的应力
      • σ=Fn/A
  • 轴向拉伸与压缩时的变形
    • 轴向变形
      • Δl∝Fl/A
    • 胡克定律
      • Δl=Fl/EA ε=Δl/l=σ/E
    • 横向变形
      • μ=∣ε′/ε∣
  • 材料在拉伸和压缩时的力学性能
    • 材料在拉伸时的力学性能
      • 低碳钢拉伸时的力学性能
        • 弹性阶段
          • 服从虎克定律，低碳钢的σp=190～200MPa
        • 屈服阶段
          • 应力不增加，应变提高
        • 强化阶段
          • 大比例的塑性变形伴有少量的弹性变形
        • 局部变性阶段
          • 试样断裂已经不可避免。 材料的延伸率：δ=（l1-l0）/l0×100%； 截面的收缩率：ψ=（A0-A1）/A0×100%。 低碳钢（A3）的δ=20～30%，ψ≈60%。
      • 其他塑性材料拉伸时的力学性能
      • 铸铁拉伸时的力学性能
    • 材料在压缩时的力学性能
  • 拉伸和压缩的强度计算
    • 安全因数和许用应力
    • 拉伸和压缩时的强度条件
      • σ=Fn/A≤[σ]
  • 应力集中的概念
    • 因构件截面尺寸突然变化而引起局部应力急剧增大的现象
  • 剪切和挤压的实用计算
    • 剪切的实用计算
      • 剪应力τ=Q/A
      • 为保证构件不被剪断，应满足：τ=Q/A≤[τ]
    • 挤压的使用计算
      • 挤压强度σp= F/Ap≤[σp]
• 扭转
  • 扭转的概念和实例
    • 受力特点
      • 作用在杆件上的外力主要是一组力偶 这些力偶的作用面都垂直于杆件的轴线
    • 变形特点
      • 杆件的任意两个横截面绕轴线相对转 过一个角度，这个角称作相对扭转角
  • 扭转时外力和内力的计算
    • 外力偶矩的计算
      • M=P/ω=9550P/n
    • 扭转和扭矩图
      • 右手螺旋法则
  • 纯剪切
    • 薄壁圆筒扭转时的切应力
    • 切应力互等定理
      • (τ′tdx)dy-(τtdy)dx=0 τ=τ'
      • 过一个点的两个相互垂直的截面内，应力必然 成对存在，且大小相等、方向相反
    • 切应变 剪切胡克定律
      • τ=Gγ
  • 圆轴扭转的应力
    • 变形分析
      • 距圆心为ρ处的角应变γρ=（dφ/dx）
    • 扭转剪应力及其分布规律
      • 横截面上剪应力变化规律 的公式：τρ=G.ρ（dφ/dx）
    • 扭矩与扭转变形dφ/dx之间的关系
      • MT=G（dφ/dx）∫Aρ2dA=GIp（dφ/dx） 式中Ip=∫Aρ2dA，称为极惯性矩
    • 扭转剪应力的计算公式
      • 圆轴扭转时，在扭矩为MT的横截面上，距轴心为ρ处的 扭转剪应力为：τρ=MT.ρ/Ip那么：τmax= MT.R/Ip=MT/Wp
  • 圆轴扭转的强度条件
    • τmax= MT/Wp≤[τ]
    • 对于塑性材料：[τ]=（0.5～0.6）[σ] 对于脆性材料：[τ]=（0.8～1.0）[σ]
  • 圆轴扭转的变形和刚度条件
    • 圆轴扭转的变形
    • 圆轴扭转的刚度条件
      • 精密机械轴[Ψ']=（0.15°～0.5°）/m 一般传动轴[Ψ']=（0.5°～1.0°）/m 较低精密轴[Ψ']=（2°～4°）/m。
• 疲劳
  • 交变应力的概念
    • 交变应力
      • 随时间作周期性变化的应力
    • 交变应力的循环特征
      • 应力循环
        • 应力经历了变化的全过程又回到 原来的数值，称为一个应力循环
      • 周期T
        • 对称循环
          • r =-1(σm=0，σa=σmax)
        • 非对称循环
          • r ≠-1的所有循环
  • 疲劳的概念
    • 金属构件经过一段时间交变应力的作用后发生 的断裂现象称为疲劳破坏，简称疲劳
  • 持久极限
    • 材料的持久极限
    • 影响构件持久极限的因素
      • 构件外形的影响
      • 构件尺寸的影响
      • 构件表面质量的影响
    • 对称循环下构件的持久极限
  • 提高构件疲劳强度的措施
    • 减缓应力集中
    • 降低表面粗糙度
    • 增加表面强度
• 应力状态分析 强度理论 组合变形
  • 应力状态的概念
    • 一点的应力状态
    • 主平面和主应力
  • 平面应力状态分析
    • 任意斜截面上的应力
    • 主平面和主应力
    • 极值切应力
  • 三向应力状态简介 广义胡克定律
    • 三向应力状态的最大应力
    • 广义胡克定律
  • 强度理论简介
    • 脆性断裂理论
    • 塑性屈服理论
  • 组合变形的强度计算
    • 组合变形的概念与实例子
    • 拉伸
    • 弯曲与扭转的组合
• 弯曲
  • 弯曲的概念和实例
    • 轮轴、横梁等受力的作用由直变弯，称为弯曲
    • 载荷的简化
      • 集中力，集中力偶，分布载荷
    • 支座的简化
      • 固定铰支座，可动铰支座，固定端约束
    • 梁的简化
      • 简支梁，外伸梁，悬臂梁
  • 剪力和弯矩
    • 任一横截面上的剪力在数值上等于该截面左边或右边梁上诸外力的代数和
    • 横截面上的弯矩在数值上等于该截面左边或右边梁上诸外力 对于该截面形心（或中性轴）的力矩代数和
  • 剪力图和弯矩图
    • 剪力方程：Q=f1（x） 剪矩方程：M=f2（x）
  • 纯弯曲时梁横截面上的正应力
    • 根据弯曲变形计算弯曲应力
      • 在正应力不超过材料比例极限的情况下 可以应用虎克定律：σ=Eε=Ey/ρ 应用以上公式，必须满足：σmax=Eymax/ρ≤σp
    • 弯曲时梁轴线某点的曲率1/ρ与该点所在横截面上弯矩的关系
      • 1/ρ=M/（E·Iz）
    • 正应力的计算公式
      • σmax1= My1/ Iz=M/ W1 σmax2= My2/ Iz=M/ W2
    • 正应力的强度条件
      • σmax=Mmax/ Wz≤[σb] 式中[σb]是许用弯曲应力
  • 惯性矩的计算
    • 简单截面图形的惯性矩
    • 组合截面的惯性矩 平行移轴公式
  • 弯曲正应力的强度条件
  • 梁弯曲时的切应力
    • 矩形截面梁
      • τmax=(3 Q)/(2A)
    • 工字形截面梁
      • τmax≈Q/（h0·d）
    • 圆形截面梁
      • τmax=2Q/A
    • 实心圆截面梁
      • τmax=(4 Q)/(3A)
  • 弯曲变形
    • 挠曲线 挠度和转角
      • 挠度：梁在变形后，各个横截面的形心出现垂直于变形前梁的 轴线方向的横向位移，称为梁在该截面的挠度υ
      • 转角：梁在变形时，各个横截面绕中性轴的 转动的角度，称为该截面的转角θ
      • 梁在变形后，在梁的对称平面内弯成一条连续而又光滑的平面曲线， 这条曲线称为梁的弹性曲线或挠曲线
    • 挠曲线的近似微分方程
    • 用叠加法求梁的变形
    • 梁的刚度校核
      • Vmax≤[y] θmax≤[θ]
  • 提高梁弯曲强度和刚度的措施
    • 合理安排梁的受力情况
    • 选择合理的截面形状