第一篇：齒輪傳動機(jī)械基礎(chǔ)電子教案

機(jī)械基礎(chǔ)電子教案 7．3 齒輪傳動（1）

【課程名稱】

齒輪傳動（1）【教材版本】

欒學(xué)鋼主編。機(jī)械基礎(chǔ)（多學(xué)時）。北京：高等教育出版社，2010 欒學(xué)鋼主編。機(jī)械基礎(chǔ)（少學(xué)時）。北京：高等教育出版社，2010 【教學(xué)目標(biāo)與要求】

一．知識目標(biāo)

1． 熟悉齒輪傳動的主要優(yōu)缺點和傳動類型。

2． 熟悉齒輪傳動的各部分名稱及主要參數(shù)和基本尺寸計算。二．能力目標(biāo)

1． 能比較鏈傳動/齒輪傳動和皮帶傳動的主要優(yōu)缺點及應(yīng)用場合。2．能夠應(yīng)用計算公式計算直齒圓柱齒輪的基本尺寸。三．素質(zhì)目標(biāo)

1． 熟悉常用齒輪傳動的優(yōu)點及基本類型。

2． 熟悉漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的主要參數(shù)和尺寸計算。四．教學(xué)要求

1． 能分析比較出三種傳動的各自特點及應(yīng)用場合。

2． 熟悉漸開線直齒圓柱齒輪的主要參數(shù)，并能應(yīng)用公式進(jìn)行幾何尺寸計算。【教學(xué)重點】

1． 齒輪傳動的特點及分類。

2． 漸開線齒輪的主要參數(shù)及尺寸計算。【難點分析】

1． 為什么只有齒輪傳動才能得到準(zhǔn)確的傳動比。這部分內(nèi)容比較難以理解。

2． 為什么非要用漸開線來作齒輪齒廓曲線才能得到準(zhǔn)確的傳動比？由于書中沒有敘述，要求學(xué)生從演示課件或教具中演示中得到宏觀的答案。【教學(xué)方法】

教具與實物演示或課件演示，講授與學(xué)生動手課堂練習(xí)相結(jié)合。【學(xué)生分析】

學(xué)生對于瞬時傳動比不變的理解有困難，演示教具從宏觀上看不出瞬時的變化，需要畫圖加以說明，但超過教材的要求，只好要求承認(rèn)教師的結(jié)論。

學(xué)生對各種類型的齒輪的演示比較興趣，會提出為什么非要用漸開線來作齒廓不可的問題？ 【教學(xué)資源】

1． 機(jī)械基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)課程。北京：高等教育出版社，2010。

2． 吳聯(lián)興主編。機(jī)械基礎(chǔ)練習(xí)冊。北京：高等教育出版社，2010。3． 實物、教具和課件。【教學(xué)安排】

3學(xué)時（135分鐘）【教學(xué)過程】 一．導(dǎo)入新課

復(fù)習(xí)帶、鏈傳動的內(nèi)容，總結(jié)出帶、鏈傳動缺點。能否用帶傳動來代替鏈傳動應(yīng)用在自行車上傳動？除此之外，齒輪傳動的哪些優(yōu)點比帶、鏈傳動更突出。

二．講授新課

1． 齒輪傳動

先演示圓柱齒輪傳動，與鏈傳動相比，齒輪傳動沒有鏈條，而是靠齒面直接嚙合來傳遞運(yùn)動。齒形按漸開線曲線制作，它具有許多特點，突出的是傳動比恒定，無論任何瞬時傳動，傳動比都達(dá)到完全準(zhǔn)確。此外，還具有壽命長，傳遞功率大的優(yōu)點，當(dāng)然制造比較復(fù)雜，成本較高。

由于齒輪傳動具有其他傳動所不可比擬的優(yōu)點，因此在工業(yè)上得到了廣泛的應(yīng)用，按兩軸位置之間相互關(guān)系可分為如圖7-24的三種類型，即：

（1）兩軸相互平行的圓柱齒輪傳動；（2）兩軸相交的圓錐齒數(shù)傳動；（3）兩軸交錯的蝸桿蝸輪傳動。

3．漸開線齒輪的各部份名稱及主要參數(shù)

各部份名稱按齒輪實物或大的掛圖進(jìn)行講解，見表7－2，重點突出齒厚等于齒槽寬的分度圓定義，由于它是看不見的圓，而又是一個非常重要的圓，應(yīng)說明清楚。

主要參數(shù)是表示并決定齒輪幾何尺寸的值，首先要區(qū)分兩者的概念。模數(shù)是主要參數(shù)中的最重要表示量，要從分度圓的長度計算推出，即

周長 c?z?p???d d?z?p?

由于?值是無理數(shù)，為了便于計算和測量，用模數(shù)m?p?代入上式，即得

d?z?m

規(guī)定m為一系列標(biāo)準(zhǔn)值，即使分度圓的值成為一個比較整齊的數(shù)值。4． 齒輪的結(jié)構(gòu)及材料

安齒輪外徑的大小分為齒輪軸、實體齒輪、腹板式齒輪和輪輻式齒輪，見教材中立體圖。

5． 齒輪的材料常用中碳鋼和中碳合金鋼鍛造而成，當(dāng)直徑大于500毫米而不方便鍛造時，采用鑄鋼或灰鑄鐵

6． 傳動比與基本尺寸計算公式

如書中公式和表7-4所列。

三．小結(jié)

1．鏈傳動的優(yōu)點是可得到準(zhǔn)確的平均傳動比，而且可以惡劣的條件下工作。其缺點是沖擊和噪聲。

2．齒輪傳動由于采用漸開線齒廓，可得到準(zhǔn)確的恒定傳動比。傳動的類型按軸線的位置可分為三種。最常用的是直齒圓柱齒輪傳動。

3．齒輪傳動的參數(shù)為五個，模數(shù)最重要且已標(biāo)準(zhǔn)化。幾何尺寸計算由主要參數(shù)來決定。

四．布置作業(yè)

【課后分析】

第二篇：帶傳動機(jī)械基礎(chǔ)電子教案

機(jī)械基礎(chǔ)電子教案 7．1

帶傳動

【課程名稱】

帶傳動 【教材版本】

欒學(xué)鋼主編。機(jī)械基礎(chǔ)（多學(xué)時）。北京：高等教育出版社，2010 欒學(xué)鋼主編。機(jī)械基礎(chǔ)（少學(xué)時）。北京：高等教育出版社，2010

【教學(xué)目標(biāo)與要求】

一．知識目標(biāo)

1． 了解帶傳動的特點、結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)和材料。

2． 掌握帶傳動的失效形式、傳動比、安裝與維護(hù)。二．能力目標(biāo)

1． 掌握帶傳動的主要優(yōu)點，V帶的結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)。

2．熟悉常用帶輪的材料、結(jié)構(gòu)。掌握帶傳動的安裝與維護(hù)要求。三．素質(zhì)目標(biāo)

1． 熟悉帶傳動的優(yōu)缺點和應(yīng)用場合。2． 了解V帶和帶輪的結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)。

3． 能夠正確安裝帶傳動，進(jìn)行調(diào)整維護(hù)保證設(shè)備正常工作。四．教學(xué)要求

1． 使學(xué)生了解帶傳動的應(yīng)用場合，比較各類型帶傳動的特點和V帶傳動的優(yōu)點。2． 了解組成帶的結(jié)構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)。了解帶輪槽的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。3． 掌握帶傳動的安裝、調(diào)整與維護(hù)方法。【教學(xué)重點】

1． 帶傳動的主要優(yōu)點及缺點，帶的標(biāo)準(zhǔn)。2． 帶傳動的安裝調(diào)整與維護(hù)。【難點分析】

為什么帶傳動不能保證準(zhǔn)確的傳動比？從V帶的橡膠材料容易產(chǎn)生彈性變形，和V帶傳動是靠帶與帶輪之間的摩擦力傳遞動力來分析。可舉例隨身聽錄音機(jī)的電機(jī)就是靠橡膠帶來帶動錄音帶轉(zhuǎn)動的，使用一段時間后，發(fā)現(xiàn)聲音變調(diào)，帶速變慢，其原因就是帶與帶輪之間的摩擦力變小，帶在帶輪上產(chǎn)生彈性滑動而引起的。帶傳動的彈性滑動是自身材料引起的，因此是不可避免的，也就不能保證準(zhǔn)確的傳動比。也可舉洗衣機(jī)為例。【教學(xué)方法】

演示與講授相結(jié)合，配合帶的實物比較型號與材料和斷面形狀。【學(xué)生分析】

1． 由于新一章內(nèi)容，學(xué)習(xí)方法應(yīng)作調(diào)整，用構(gòu)件之間的傳遞運(yùn)動來學(xué)習(xí)。注意聯(lián)系實際，多帶實物演示，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。

2． 在教學(xué)中盡量發(fā)揮學(xué)生主體作用，多設(shè)問，多提問，活躍課堂氣氛，多給學(xué)生思考和表現(xiàn)自己的機(jī)會。

【教學(xué)資源】

1． 機(jī)械基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)課程。北京：高等教育出版社，2010。

2． 吳聯(lián)興主編。機(jī)械基礎(chǔ)練習(xí)冊。北京：高等教育出版社，2010。【教學(xué)安排】

3學(xué)時（135分鐘）【教學(xué)過程】 一．導(dǎo)入新課

前面所講的常用平面連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)和間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)都是靠構(gòu)件之間的作用力來驅(qū)動相鄰構(gòu)件運(yùn)動的。而機(jī)械傳動是靠構(gòu)件之間的摩擦或嚙合來傳動的，以改變從動件的速度大小，實現(xiàn)減速、增速、變速或改變力與力矩的變化，但從動件的運(yùn)動都是勻速的，連續(xù)的。常用的機(jī)械傳動有五種。即：

摩擦傳動有摩擦輪傳動和帶傳動二種。

嚙合傳動有齒輪傳動，蝸桿傳動和鏈傳動三種。

二．講授新課

1． 帶傳動的組成：主、從動帶輪和傳動帶。工作時靠帶與帶輪之間接觸面產(chǎn)生的摩擦力來傳遞運(yùn)動和動力，屬于利用中間撓性件的摩擦運(yùn)動。2． 帶傳動的類型、特點和應(yīng)用

類型很多，如圖7－

1、2所示。教師可以演示帶去的實物。

帶傳動的特點很多，重點要記住優(yōu)點是傳動平穩(wěn)，能吸收振動、無噪聲，過載能打滑起保護(hù)作用；主要缺點是不能保證準(zhǔn)確的傳動比。所以，一般安裝在與電機(jī)直接相連接的傳動軸上。3．V帶的結(jié)構(gòu)

由于相同條件下V帶傳遞功率是平皮帶的3倍左右，因此V帶應(yīng)用最廣。根據(jù)傳遞功率大小，分為七種型號，Y、Z型號的皮帶斷面較小，常用于家用電器上。依次為A、B、C、D、E,隨著皮帶斷面形狀逐漸變大，傳遞的功率也相應(yīng)變大。

除了斷面尺寸外，由于V帶做成環(huán)形的密封整體，不能斷開調(diào)整長度，所以國家已制定標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)長度系列，使用中應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇。4．帶輪材料、結(jié)構(gòu)

工業(yè)上常用帶輪材料為HT150鑄鐵，具有足夠強(qiáng)度，易于加工，價格便宜的特點；在低速或輕載中常用工程塑料或鋁合金，如洗衣機(jī)的大帶輪選用工程塑料，而小帶輪用鐵板制成。

輪槽的結(jié)構(gòu)與帶相配合使用，在中性層處的尺寸相同。由于帶傳動時，帶在小輪中的彎曲變形較大，內(nèi)側(cè)受壓縮變形，為了保證帶與帶輪充分的接觸以產(chǎn)生足夠的摩擦力，將V帶的楔角做成40°，而帶輪的楔角依型號和小帶輪直徑的變化而變化，分別為32°、34°、36°和38°四種。4．帶傳動的失效形式

當(dāng)載荷超過帶傳動所能傳遞的動力時帶在帶輪上打滑，和摩擦帶疲勞撕裂是帶傳動的主要失效形式。

為了增大傳動時的接觸摩擦角，使傳遞的動力最大，要求帶傳動的下邊為緊邊，上邊為松邊。5．帶傳動的傳動比

帶傳動的傳動比為主動輪的轉(zhuǎn)速與從動輪的轉(zhuǎn)速之比，也等于從動輪的基準(zhǔn)直徑與主動輪的基準(zhǔn)直徑之比。傳動比一般小于3。6．V帶傳動的張緊，安裝和維護(hù)

該內(nèi)容是中職學(xué)生的學(xué)習(xí)重點，與生產(chǎn)操作密切相關(guān)。帶的張緊是保證帶產(chǎn)生足夠的摩擦力為前提，因此要經(jīng)常進(jìn)行張緊，方法很多，如圖7－

11、12所示。

帶的安裝中，如果是新帶，即使是相同型號和規(guī)格，由于彈性材料的原因，帶的基準(zhǔn)長度都有一定的誤差，所以應(yīng)當(dāng)注意選擇相同內(nèi)周長的帶安裝在同一帶輪上，避免因為個別帶長度過長而不能正常工作。同時注意新舊帶不能一起使用。

在裝卸V帶時，如果調(diào)近兩帶輪的中心矩，可以很方便地將帶拆卸或安裝。如果不調(diào)整兩輪中心矩，硬將帶從帶輪上撬下來，一定要先把帶從大輪上撬下來；安裝時應(yīng)先把帶套在小輪上，再將帶從大輪上盤上去，此時應(yīng)特別注意不能用手直接操作，防止將手夾在帶與帶輪之間，那將是悲劇。

帶在帶輪上地松緊一定要符合10-15mm的壓下要求，過松不能傳遞足夠的摩擦力和扭矩，過緊將會增大壓軸力，加大對軸承的徑向載荷。如果是滑動軸承，將加劇磨損。如洗衣機(jī)皮帶太松，水流緩慢，衣服洗不凈；如果皮帶過緊，波輪軸很快過度磨損產(chǎn)生中間漏水。

三．小結(jié)

1．帶傳動的工作特性與機(jī)構(gòu)有何不同，帶傳動最主要的優(yōu)缺點。2．V帶與帶輪已標(biāo)準(zhǔn)化，應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)選用。

3．帶的安裝、調(diào)整與維護(hù)應(yīng)該注意的幾個問題。

四．布置作業(yè)

【課后分析】

第三篇：齒輪系與減速器機(jī)械基礎(chǔ)電子教案

機(jī)械基礎(chǔ)電子教案 7．6齒輪系與減速器

【課程名稱】 齒輪系與減速器 【教材版本】

欒學(xué)鋼主編。機(jī)械基礎(chǔ)（多學(xué)時）。北京：高等教育出版社，2010 欒學(xué)鋼主編。機(jī)械基礎(chǔ)（少學(xué)時）。北京：高等教育出版社，2010

【教學(xué)目標(biāo)與要求】

一、知識目標(biāo)

1．了解齒輪系的組成與類型和傳動特點。

2．會計算定軸輪系的比。能讀懂齒輪減速器的結(jié)構(gòu)和標(biāo)記。

二、能力目標(biāo)

掌握定軸輪系的傳動比計算。

三、素質(zhì)目標(biāo)

1． 了解定軸輪系的作用、組成、類型和傳動特點。2． 會計算定軸輪系齒輪傳動的傳動比。

四、教學(xué)要求

掌握定軸輪系的傳動比計算。【教學(xué)重點】

定軸輪系的傳動比計算。【難點分析】

會從定軸輪系中，找到定軸輪系的傳動路線，求出輪系的傳動比。【教學(xué)方法】

演示與講授相結(jié)合，邊講邊練。

【學(xué)生分析】

由于學(xué)生第一次接觸到輪系的傳動比，實際上輪系的傳動比是由多級單傳動比組成的。以前已經(jīng)學(xué)了單級傳動比的計算，輪系的傳動比等于各級傳動比的乘積。講課時從實例出發(fā)，總結(jié)出普遍的規(guī)律。這樣才能使學(xué)生理解又記得住。【教學(xué)資源】

1． 機(jī)械基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)課程。北京：高等教育出版社，2010。

2． 吳聯(lián)興主編。機(jī)械基礎(chǔ)練習(xí)冊。北京：高等教育出版社，2010。3． 教具、實物、課件或掛圖。【教學(xué)安排】

4學(xué)時（180分鐘）【教學(xué)過程】 一． 新課導(dǎo)入

回憶單級圓柱齒輪傳動比的計算方法，舉一對圓柱齒輪傳動比為例引入新課。二． 講授新課

1．齒輪系的組成與類型

實際應(yīng)用中，一般都不用一對齒輪傳動，而是由多對齒輪傳動組合而成，這就是齒輪系。齒輪系分為定軸輪系和行星輪系兩種。

定軸輪系

所有的齒輪軸線在傳動中都是固定不動的。

行星輪系

所有的齒輪軸線在傳動中至少有一個是不斷變化的。2．齒輪系傳動的主要特點

（1）

齒輪系的傳動能獲得大的傳動比。

（2）

可實現(xiàn)變速和變向傳動，如汽車速度的變化和變向.3.定軸輪系傳動比的計算

以圖7－65齒輪系為例，由個體實例推導(dǎo)出定軸輪系傳動比的計算通用公式，注意要使學(xué)生能讀懂簡圖的含義。并用汽車的箱四級變速為例分別計算出四種不同的轉(zhuǎn)速。講課時注意分析四種不同傳動路線，就能得出四種不同的傳動比。4．齒輪減速器的結(jié)構(gòu)和標(biāo)記

齒輪減速器的結(jié)構(gòu)種類很多，國家已有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，并已成系列化。如圖7－72為例，是典型的齒輪減速器的結(jié)構(gòu)。學(xué)習(xí)時重點會讀懂齒輪減速器標(biāo)記含義，如教材中的標(biāo)牌：

Z/Y-400-12.5-1 JB/8853-2001

三．小結(jié)

1．定軸輪系的含義，應(yīng)用較廣。行星輪系的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，但應(yīng)用也很多，如自動擋的汽車變速器。

2．定軸輪系傳動比的計算為多級齒輪傳動比的乘積。

3．會讀懂齒輪減速器標(biāo)記含義。

四．布置作業(yè)

【課后分析】

第四篇：化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)電子教案

XX教案

20XX

—

20XX學(xué)年

第1學(xué)期

課程名稱

化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)

授課對象

化工（含化工專升本）

授課教師

職

稱

副教授

教材版本

趙軍《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》

參

考

書

XX學(xué)院教務(wù)處印制

《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》教案（首頁）

20XX－20XX學(xué)年

第1學(xué)期

主講教師

院(系)部

化學(xué)化工學(xué)院

教研室

化工教研室

職

稱

副教授

學(xué)

歷

本科

課程名稱

化工機(jī)械基礎(chǔ)

課程類別

專業(yè)必修課

課程序號

課程代碼

授課專業(yè)

化學(xué)工程與工藝

總

學(xué)

時

講授

實驗

上機(jī)

其它

學(xué)

分

課程性質(zhì)和目的《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》是化工工藝類專業(yè)一門綜合性的機(jī)械類技術(shù)基礎(chǔ)課，包括工程力學(xué)基礎(chǔ)（靜力學(xué)、材料力學(xué)）、化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)和機(jī)械傳動三大部分。其任務(wù)是使學(xué)生掌握相關(guān)的基本理論、基本知識以及設(shè)計的基本方法，為從事化工設(shè)備機(jī)械的設(shè)計、使用、管理和維護(hù)打下基礎(chǔ)。具體為：

1、掌握對化工設(shè)備中的受力構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性計算的基本理論和方法。

2、能為常用化工設(shè)備合理地選擇材料。

3、掌握化工設(shè)備通用零部件的選用方法。

4、了解壓力容器監(jiān)察管理法規(guī)。

課程教學(xué)基本要求

1、本課程的教學(xué)應(yīng)貫徹應(yīng)用性原則和重視素質(zhì)培養(yǎng)原則。要求理論分析與設(shè)計方法相結(jié)合，理論教學(xué)主要是講清概念，學(xué)會應(yīng)用，對數(shù)學(xué)推導(dǎo)一般不作演繹。要重視分析實例、課堂討論、習(xí)題等教學(xué)環(huán)節(jié)，同時將課程內(nèi)容與生產(chǎn)實習(xí)、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力。

2、工程力學(xué)是課程教學(xué)的核心內(nèi)容，是學(xué)好其他部分內(nèi)容的基礎(chǔ)，應(yīng)著重抓好。其余教學(xué)內(nèi)容則可根據(jù)各專業(yè)的特點和安排學(xué)時（或?qū)W分）的多少選擇講授。對化工工藝專業(yè)則要抓好化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)，而機(jī)械傳動部分可不作為重點。講課要結(jié)合化工行業(yè)的實際，并允許對教學(xué)內(nèi)容做必要調(diào)整和組合。

3、考核方式以閉卷為主，平時成績在期評成績中應(yīng)占有一定的比重。

教

材與參考書

1、趙軍等編，《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》（第二版），化學(xué)工業(yè)出版社，2007年；

2、董大勤主編，《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》，化學(xué)工業(yè)出版社，2002年。

3、張新占主編，《工程力學(xué)》（上）、（下），西北工業(yè)大學(xué)出版社，2001年。

4、潘永亮主編，《化工設(shè)備機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》，科學(xué)出版社，1999年；

《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》教案

序

號

第1次課

周次

學(xué)

時

授課時間

20XX年X月X日

章節(jié)名稱

1.物體的受力分析和靜力平衡方程

1.1靜力學(xué)基本概念

1.2約束和約束反力

1.3分離體和受力圖

教學(xué)目的與要求

1、使學(xué)生掌握力、剛體、平衡等靜力學(xué)基本概念。

2、使學(xué)生掌握約束和約束反力概念。

3、使學(xué)生學(xué)會畫受力圖。

重點與難點

重點：1力、剛體、平衡等靜力學(xué)基本概念。

2約束和約束反力概念。

3學(xué)會畫受力圖。

難點：學(xué)會畫受力圖。

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業(yè)。

基本教學(xué)內(nèi)容：

概述

工程力學(xué)是一門研究物體機(jī)械運(yùn)動及構(gòu)件強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的科學(xué)。

工程力學(xué)的兩個基礎(chǔ)部分：靜力學(xué)和材料力學(xué)。

為保證構(gòu)件正常工作，構(gòu)件應(yīng)當(dāng)滿足以下要求：(1)

強(qiáng)度要求

(2)

剛度要求

(3)

穩(wěn)定性要求

1.1靜力學(xué)基本概念

一、力的概念及作用形式

力：物體間相互的機(jī)械作用，單位：N，kN，力是矢量，F(xiàn)或F表示，既有大小又有方向

力的三要素：大小，方向，作用點

按力的作用方式分類可分為：表面力和體積力（eg.重力，磁力）

按作用面積大小可分為：集中力和分布力（kN/m）

二、剛體的概念

剛體：在任何情況下都不發(fā)生變形的物體。它是抽象化概念，是一種變形很小情況下的理想模型。

靜力學(xué)中主要研究物體所受力系的簡化及平衡條件，不研究變形，故可視為剛體。

三、平衡的概念

平衡狀態(tài)：物體相對于地球靜止或作勻速直線運(yùn)動時的狀態(tài)。是物體機(jī)械運(yùn)動的特殊情形。并將作用于該物體上的力系稱為平衡力系。

平衡力系：物體處于平衡狀態(tài)時的力系。

二力平衡原理（公理）：作用于剛體上的兩個力平衡的必要和充分條件是：這兩個力大小相等，方向相反，并作用在同一直線上（等值、反向、共線）

二力構(gòu)件：只受兩力作用且處于平衡的構(gòu)件，特點是：兩力必沿作用點的連線。

加減平衡力系原理（公理）：在作用于剛體上的任何一個力系上，加上或減去任一平衡力系，并不改變原力系對剛體的作用效應(yīng)。

力的可傳性原理：作用于剛體上的力，可沿其作用線移至剛體內(nèi)任意一點，而不改變它對剛體的作用效應(yīng)。故作用于剛體上力的三要素是大小、方向、作用線。

四、作用和反作用定律

作用和反作用定律：兩物體間相互作用的力總是大小相等，作用線相同而指向相反，分別作用在這兩個物體上。（重力與支持力）

作用于與反作用力不能與兩力平衡中的一對平衡力混淆。

1.2約束和約束反力

自由體：能在空間作任意位移的物體，eg.飛機(jī)、火箭、衛(wèi)星等。

非自由體：位移受到某些限制的物體，eg.懸掛著的燈。

主動力：能使物體運(yùn)動或有運(yùn)動趨勢的力，eg.重力、電磁力、風(fēng)力等，工程上也稱為載荷。

約束：阻礙非自由體運(yùn)動的限制條件，eg.繩索就是燈的約束，鐵軌是火車的約束。

約束反力：約束對物體的作用力，eg.T就是繩索對燈的約束反力。

典型（平面）約束類型：

（1）柔索約束：繩子、鏈條、皮帶、鋼絲等柔性物體。繩索對物體的約束反力，作用點在接觸點，方向沿繩索的中心線，而背離物體。

（2）理想光滑面約束：物體接觸面上的摩擦力相比其他力很小，可忽略不計，這樣的接觸面為光滑面，不能限制切向方向運(yùn)動，只能限制法向，其約束反力：沿接觸面在接觸點處的公法線且指向物體。

（3）圓柱鉸鏈約束：如圖,只限制兩構(gòu)件的相對移動，不限制相對轉(zhuǎn)動，其約束反力為Fx、Fy，即通過銷釘中心，沿接觸點法線方向的約束反力。用圓柱鉸將構(gòu)件與底座連接起來，構(gòu)成鉸支座。可分為：

固定鉸支座，如圖1-8a，可動鉸支座，如圖1-9a。

固定端約束：物體的一部分固嵌與另一物體所構(gòu)成的約束，eg.電線桿等，圖1-20(a)。固定約束反力有三個，F(xiàn)xA、FyA、MA。

1.3分離體和受力圖

分離體：把研究對象從周圍物體的約束中分離出來，成為自由體，此對象即為分離體。

受力圖：單獨(dú)畫出物體輪廓，將作用在它上面的主動力與約束反力畫在上面得到的圖。

畫受力圖的步驟：

（1）確定研究對象，并將其從周圍物體的約束中分離出來，即取分離體（先取二力桿）

（2）畫已知力，如外力（載荷），重力等。

（3）畫約束反力。根據(jù)約束類型，畫出約束反力。

例：1-1，1-2

作業(yè)布置：

課后自我總結(jié)分析：

《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》教案

序

號

第2次課

周次

學(xué)

時

授課時間

20XX年X月X日

章節(jié)名稱

1.物體的受力分析和靜力平衡方程

1.4力的投影、合力投影定理

1.5力矩、力偶

1.6力的平移

1.7平面力系的簡化、合力矩定理

教學(xué)目的與要求

1、使學(xué)生掌握合力投影定理。

2、使學(xué)生掌握力矩、力偶和力的平移。

3、使學(xué)生掌握力的平移、平面力系的簡化和合力矩定理。

重點與難點

重點：1合力投影定理。

2力矩、力偶和力的平移。

3力的平移、平面力系的簡化和合力矩定理。

難點：力的平移、平面力系的簡化和合力矩定理。

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業(yè)。

基本教學(xué)內(nèi)容：

1.4力的投影

合力投影定理

一、力的投影概念

從力矢量F的兩端AB分別向x軸作垂足a,b，線段?ab稱為力F在x軸上的投影。

二、力在直角坐標(biāo)軸上投影

力F在x（y）軸上的投影：從力F的起點A，終點B向ox（oy）軸作垂線得垂足a、b，線段ab稱力F在x（y）軸上的投影。

若已知F的大小及其與x軸所夾的銳角α，則有：

力在坐標(biāo)軸上的投影的特性：a.標(biāo)量

b.符號，ab與x軸同向為正

c.平行力且等值時在坐標(biāo)軸上投影相同

d.力平行移動后投影值不變

三、合力投影定律

合力：若一個力對剛體的作用效果與一個力系等效，則此力稱為該力系的合力，該力系中的各個力稱為此合力的分力。

合力投影定律：合力在任意軸上的投影，等于各分力在同一軸上投影的代數(shù)和。

1.5力矩

力偶

一、力矩

力矩：力的大小和力臂的乘積。

力偶：大小相等、作用相平行的兩個反向力組成的力系。

力偶矩：力的大小和力偶臂的乘積。

力偶的性質(zhì)：力偶無合力、力偶與位置無關(guān)、力偶矩大小轉(zhuǎn)向不變時、力偶系可由力偶代替。

二、力偶與力偶矩

力偶作用面：力偶中兩力所在的平面。

力偶臂：兩力作用線間的垂直距離，以d表示。

力偶的特點：對剛體只產(chǎn)生轉(zhuǎn)動效應(yīng)而沒有移動效應(yīng)，力偶不能與一個力等效或平衡，只能被力偶平衡。

力偶矩：以乘積F.d作為度量力偶對物體的轉(zhuǎn)動效應(yīng)的物理量，記作m（F，F(xiàn)）或m=+-Fd，力偶矩為代數(shù)量，力偶矩轉(zhuǎn)向為逆時針時為正，單位N·m（kN·m）與力矩同。

力偶中兩力對其作用面內(nèi)任一點的矩的代數(shù)和恒等于力偶矩。

力偶的特性：a.大小轉(zhuǎn)向不變，力偶可在平面內(nèi)任意移動或改變F、d的大小。C.力偶可移到與作用平面平行的平面內(nèi)而不改變其作用效果。

力偶的三要素：力偶矩的大小、轉(zhuǎn)向、作用平面。

1.6力的平移

力的平移定理：作用在剛體上的力可平行移動到剛體內(nèi)任一點，但必須同時附加一個力偶，其力偶矩等于原力F對平移點的矩。

1.7平面力系的簡化

合力矩定理

一、平面力系的簡化

平面力系：各力的作用線都分布在同一平面內(nèi)，既不匯交于同一點，又不完全平行。

平面力系向其作用面內(nèi)任一點簡化，得到主矢F′R和主矩Mo。

二、平面力系簡化結(jié)果討論：

若F′R≠0，Mo=0，則原力系簡化為一個合力F′R，并通過簡化中心的原力系的合力。

若F′R

=0，Mo≠0，則原力系簡化為一個力偶，力偶矩等于原力系對簡化中心的主矩，與簡化中心位置無關(guān)。

若F′R≠0，Mo≠0，則此力系可進(jìn)一步簡化為一個合力，使d=Mo/

F′R，轉(zhuǎn)移力偶。

若F′R

=0，Mo=0，則原力系為平衡力系

三、合力矩定理

合力矩定理：當(dāng)平面力系可以合成為一個合力時，則其合力對于作用點內(nèi)任一點的矩，等于力系中各分力對同一點的矩的代數(shù)和。

例：1-3，1-4

作業(yè)布置：

課后自我總結(jié)分析：

《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》教案

序

號

第3次課

周次

學(xué)

時

授課時間

20XX年X月X日

章節(jié)名稱

1.物體的受力分析和靜力平衡方程

1.8平面力系的平衡方程

1.9空間力系

教學(xué)目的與要求

1、使學(xué)生掌握平面力系的平衡方程。

2、復(fù)習(xí)上節(jié)學(xué)到的力學(xué)基本概念，求解平衡系統(tǒng)的約束反力。

重點與難點

重點：平面力系的平衡方程。

難點：利用平面力系的平衡方程求解約束反力。

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業(yè)。

基本教學(xué)內(nèi)容：

1.8平面力系的平衡方程

物體在平面力系作用下處于平衡的充分必要條件：

若主矢量FR′=0，主矩MO=0，則為平衡力系

例1-5

例1-6

例1-7

例1-8

例1-9

求解物體平衡問題的解題方法和步驟：

①

確定研究對象，取分離體，畫受力圖。注意剛體之間作用力與反作用力之間的關(guān)系。

②

選取合適的坐標(biāo)軸，列靜力平衡方程。為例便于計算，坐標(biāo)軸的方位應(yīng)盡量與較多的力平行或垂直；矩心盡量選在未知力作用線的交點上。

③

解平衡方程，求解未知力。

1.9空間力系

若作用在物體的力系中各力的作用線不在同一平面內(nèi)，則稱該力系為空間力系。

一、力在直角坐標(biāo)軸上的投影

一次投影法

二次投影法

合力投影定理同樣適用于空間力系。

二、力對軸的矩——合力矩定理同樣適用于空間力系。

三、空間力系的平衡方程

公式（1-22）

作業(yè)布置：

課后自我總結(jié)分析：

《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》教案

序

號

第4次課

周次

學(xué)

時

授課時間

2011年9月19日

章節(jié)名稱

2.拉伸、壓縮與剪切

2.1軸向拉伸與壓縮的概念和實例

2.2軸向拉伸或壓縮時橫截面上的內(nèi)力

2.3軸向拉伸或壓縮時橫截面上的應(yīng)力

2.4軸向拉伸與壓縮時的變形

2.5材料在拉伸和壓縮時的力學(xué)性能

2.6拉伸和壓縮的強(qiáng)度計算

教學(xué)目的與要求

1、使學(xué)生掌握直桿軸向拉伸及壓縮的內(nèi)力和應(yīng)力的求解。

2、使學(xué)生掌握直桿軸向拉伸和壓縮時的變形的求解。

重點與難點

重點：直桿軸向拉伸及壓縮應(yīng)力的求解。

難點：直桿軸向拉伸及壓縮應(yīng)力的求解。

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業(yè)。

基本教學(xué)內(nèi)容：

概述

一、材料力學(xué)的基本假設(shè)

⑴

連續(xù)性假設(shè)

⑵

均勻性假設(shè)

⑶

各向同性假設(shè)

⑷

小變形假設(shè)

二、桿件的基本受力與變形形式

①軸向拉伸與壓縮

②剪切

③扭轉(zhuǎn)

④彎曲

2.1軸向拉伸與壓縮的概念和實例

一、內(nèi)力的概念

在材料力學(xué)中，凡作用在桿件上的載荷和約束反力均稱為外力。桿件受外力而變形時，桿件內(nèi)部各部分之間的相互作用力稱為內(nèi)力。

二、截面法

軸力

取構(gòu)件的一部分為研究對象，利用靜力學(xué)平衡方程求內(nèi)力的方法，稱為截面法。截面法求內(nèi)力可按以下三個步驟進(jìn)行：

1)截

沿欲求內(nèi)力的截面，用假想平面把桿件分成兩部分。

2)代

取其中一部分為研究對象，畫出其受力圖。在截面上用內(nèi)力代替移去部分對留下部分的作用。

3)求

列出研究對象的靜力平衡方程，確定未知的內(nèi)力。

2.2軸向拉伸或壓縮時橫截面上的內(nèi)力

軸向拉伸、軸向壓縮

拉力，符號為正；壓力，符號為負(fù)。

2.3軸向拉伸或壓縮時橫截面上的應(yīng)力

一、應(yīng)力的概念

應(yīng)力：單位面積上的內(nèi)力。

二、軸向拉伸和壓縮時橫截面上的正應(yīng)力

橫截面上的正應(yīng)力s可以直接表示為

2.4軸向拉伸與壓縮時的變形

一、縱向變形

單位長度的伸長量來表征桿件變形的程度，稱為線應(yīng)變或相對變形。

二、胡克定律

胡克定律：當(dāng)應(yīng)力不超過比例極限時，則正應(yīng)力與縱向線應(yīng)變成正比。

三、橫向變形

在軸向力作用下，桿件沿軸向的伸長（縮短）的同時，橫向尺寸也將縮小（增大）。

四、泊松比

實驗表明，對于同一種材料，當(dāng)應(yīng)力不超過比例極限時，橫向線應(yīng)變與縱向線應(yīng)變之比的絕對值為常數(shù)。比值ν稱為泊松比。

2.5材料在拉伸和壓縮時的力學(xué)性能

一、材料在拉伸時的力學(xué)性能

1、低碳鋼在拉伸時的力學(xué)性能

（1）材料的剛度指標(biāo)：第Ⅰ階段

彈性階段

（2）材料的強(qiáng)度指標(biāo)：第Ⅱ階段

屈服階段、第Ⅲ階段

強(qiáng)化階段、第Ⅳ階段

局部變形階段

（3）材料的塑性指標(biāo)

（4）冷作硬化現(xiàn)象

2、其它材料在拉伸時的力學(xué)性能

二、材料在壓縮時的力學(xué)性能

2.6拉伸和壓縮的強(qiáng)度計算

一、極限應(yīng)力、許用應(yīng)力和安全因數(shù)

二、拉伸和壓縮時的強(qiáng)度條件計算

例題2-3、2-4、2-5

作業(yè)布置：

課后自我總結(jié)分析：

《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》教案

序

號

第5次課

周次

學(xué)

時

授課時間

2011年9月22日

章節(jié)名稱

2.拉伸、壓縮與剪切

2.7應(yīng)力集中的概念

2.8剪切與擠壓的實用計算

教學(xué)目的與要求

1、使學(xué)生了解應(yīng)力集中的概念。

2、使學(xué)生掌握剪切與擠壓的實用計算。

重點與難點

重點：1應(yīng)力集中的概念。2剪切與擠壓的實用計算。

難點：剪切與擠壓的實用計算。

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業(yè)。

基本教學(xué)內(nèi)容：

2.7應(yīng)力集中的概念

應(yīng)力集中：等截面直桿應(yīng)力均勻分布，但當(dāng)截面有突變時，如有切口、圓孔、螺紋等，應(yīng)力不再均勻分布，如圖開有圓孔的薄板，應(yīng)力急劇變化，這種因構(gòu)件截面尺寸突然變化而引起的局部應(yīng)力急劇增大的現(xiàn)象稱為應(yīng)力集中。

2.8剪切與擠壓的實用計算

一、剪切的實用計算

剪力：用截面法沿剪切面截開，可能與截面相切的內(nèi)力Q，稱為剪力，可用平衡方程求解。

剪應(yīng)力：對剪切構(gòu)件用單位面積上平行于截面的內(nèi)利來衡量內(nèi)力的集度，單位MPa。

用公式求得的為名義剪應(yīng)力（實際剪應(yīng)力在截面上分布不均勻）或平均剪應(yīng)力。

剪切強(qiáng)度計算

二、擠壓的實用計算

剪切構(gòu)件除受到剪切外還受到擠壓作用，作用在作用面上的壓力稱擠壓力，用p表示，即壓力的作用面稱擠壓面。

材料的許用擠壓應(yīng)力。

擠壓面為平面時，擠壓面積Ap等于擠壓面；當(dāng)擠壓面為圓柱時，擠壓面積Ap為圓柱投影面積。

例2-6

例2-7

作業(yè)布置：

課后自我總結(jié)分析：

《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》教案

序

號

第6次課

周次

學(xué)

時

授課時間

2011年9月26日

章節(jié)名稱

3.扭轉(zhuǎn)

3.1扭轉(zhuǎn)的概念和實例

3.2扭轉(zhuǎn)時外力和內(nèi)力的計算

3.3純剪切

3.4圓軸扭轉(zhuǎn)時的應(yīng)力

教學(xué)目的與要求

1、使學(xué)生掌握扭轉(zhuǎn)的概念和實例。

2、使學(xué)生掌握扭轉(zhuǎn)時外力和內(nèi)力的計算。

重點與難點

重點：1掌握扭轉(zhuǎn)的概念和實例。2掌握扭轉(zhuǎn)時外力和內(nèi)力的計算。

難點：扭轉(zhuǎn)時外力和內(nèi)力的計算

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業(yè)。

基本教學(xué)內(nèi)容：

3.1扭轉(zhuǎn)的概念和實例

扭轉(zhuǎn)是桿件的又一種基本變形形式。

扭轉(zhuǎn)的受力特點：外力為一組外力偶，且力偶的作用面垂直于桿件的軸線。扭轉(zhuǎn)的變形特點：桿件的任意兩個橫截面繞軸線相對轉(zhuǎn)過一個角度，此角稱相對扭轉(zhuǎn)角φAB，表示截面B對截面A的相對扭轉(zhuǎn)角。

3.2扭轉(zhuǎn)時外力和內(nèi)力的計算

一、外力偶矩的計算

作用于軸上的外力偶矩，通常不是直接給出其數(shù)值，而是給出軸的轉(zhuǎn)速n(r/min)和軸所傳遞的功率P(kW)，這時需要按照理論力學(xué)中推導(dǎo)的功率、轉(zhuǎn)速、力矩三者的關(guān)系式來計算外力偶矩的數(shù)值，即

（1）

二、扭轉(zhuǎn)和扭矩圖

用截面法計算軸內(nèi)力-扭矩T，步驟：截，取，平衡方程求T，畫扭矩圖。

T的符號規(guī)定：右手螺旋法則。例：3-1

3.3純剪切

一、薄壁圓筒扭轉(zhuǎn)時的剪應(yīng)力

二、剪應(yīng)力互等定理

τ‘=τ

相互垂直的兩個截面上剪應(yīng)力成對出現(xiàn)，且數(shù)值相等；兩者都垂直于兩平面的交線且方向相背或相知。

剪應(yīng)力符號判斷

三、剪應(yīng)變、剪切胡克定律

τ=Gγ，G為剪切彈性模量，MPa，γ，剪應(yīng)變，無量綱。

3.4圓軸扭轉(zhuǎn)時的應(yīng)力

一、變形幾何關(guān)系

圓軸扭轉(zhuǎn)的平面假設(shè)：原為平面的橫截面變形后仍保持為平面，只是各橫截面相對地轉(zhuǎn)過了一個角度。這就是圓軸扭轉(zhuǎn)的平面假設(shè)。

二、應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系

橫截面上任意一點A的剪應(yīng)力τ與扭矩T及距離OA(=ρ)成正比。

三、靜力學(xué)關(guān)系

極慣性矩：可推導(dǎo)出圓軸扭轉(zhuǎn)橫截面上任一點的剪應(yīng)力τp計算公式：

抗扭截面模量：當(dāng)ρ=D/2時,，Wt=

Ip/(D/2)

Wt為抗扭截面模量。

（1）空心圓截面極慣性矩

式中α=d/D為橫截面內(nèi)外徑之比。

扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)

（2）實心圓截面

將d=0及α=d/D=0代入上兩式，即可得實心圓截面對形心的極慣性矩和扭轉(zhuǎn)截面系數(shù)分別為：

作業(yè)布置：

課后自我總結(jié)分析：

《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》教案

序

號

第7次課

周次

學(xué)

時

授課時間

2011年9月29日

章節(jié)名稱

3.扭轉(zhuǎn)

3.5圓軸扭轉(zhuǎn)時的強(qiáng)度條件

3.6圓軸扭轉(zhuǎn)時的變形和剛度條件

教學(xué)目的與要求

1、使學(xué)生掌握圓軸扭轉(zhuǎn)時的強(qiáng)度條件、變形和剛度條件。

重點與難點

重點：1掌握圓軸扭轉(zhuǎn)時的強(qiáng)度條件、變形和剛度條件。

難點：圓軸扭轉(zhuǎn)時的強(qiáng)度條件、變形和剛度條件。

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業(yè)。

基本教學(xué)內(nèi)容：

3.5圓軸扭轉(zhuǎn)時的強(qiáng)度條件

前面已經(jīng)得到,圓軸扭轉(zhuǎn)時橫截面上的最大剪應(yīng)力在截面的周邊上.圓軸扭轉(zhuǎn)時的強(qiáng)度條件為：

塑性材料：[τ]=（0.5~0.6）[σ]

脆性材料：[τ]=（0.8~1.0）[σ]

強(qiáng)度條件公式工程上可用來進(jìn)行強(qiáng)度校核、截面設(shè)計、確定許用載荷。

例：3-2，3-3

3.6圓軸扭轉(zhuǎn)時的變形和剛度條件

一、圓軸扭轉(zhuǎn)時的變形

圓軸扭轉(zhuǎn)變形的標(biāo)志是兩個橫截面間的相對扭轉(zhuǎn)角。

相對扭轉(zhuǎn)角

T扭矩

l-截面間距

GIp抗扭剛度

二、圓軸扭轉(zhuǎn)時的剛度條件

[θ]：單位長度許用扭轉(zhuǎn)角（度/米、弧度/米）

例：3-4

作業(yè)布置：

課后自我總結(jié)分析：

《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》教案

序

號

第8次課

周次

學(xué)

時

授課時間

2011年10月10日

章節(jié)名稱

4.彎曲

4.1彎曲的概念和實例

4.2剪力和彎矩

4.3剪力圖和彎矩圖

教學(xué)目的與要求

1、使學(xué)生掌握彎曲的概念和實例。

2、使學(xué)生掌握剪力和彎矩的求解。

3、使學(xué)生掌握作剪力圖和彎矩圖。

重點與難點

重點：1彎曲的概念和實例。2剪力和彎矩的求解3剪力圖和彎矩圖。

難點：剪力和彎矩的求解。

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業(yè)。

基本教學(xué)內(nèi)容：

4.1彎曲的概念和實例

彎曲是工程實際中最常見的一種基本變形形式。

平面彎曲。P49圖4-5，所有外力均垂直于梁的軸線并作用于縱向?qū)ΨQ面，變性后梁的軸線在縱向?qū)ΨQ面內(nèi)彎曲成一條平面曲線，這種彎曲變形成為平面彎曲，梁可用軸線代替，梁的橫截面形狀如圖4-4等。

4.2剪力和彎矩

用截面法求靜定梁的內(nèi)力---剪力和彎矩

步驟：

（1）用靜力學(xué)方程求支座反力；

（2）用截面法求內(nèi)力；

例4-1簡支梁受集中力作用

4.3剪力圖和彎矩圖

Q=Q（x）---剪力方程，剪力沿梁變化的曲線為剪力圖

M=M（x）--彎矩方程，彎矩沿梁變化的曲線為彎矩圖

剪力圖和彎矩圖的規(guī)律：5個

例4-2

例4-3

例4-4

例4-5

例4-6

作業(yè)布置：

課后自我總結(jié)分析：

《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》教案

序

號

第9次課

周次

學(xué)

時

授課時間

2011年10月13日

章節(jié)名稱

4.彎曲

4.4純彎曲時梁橫截面上的正應(yīng)力

4.5慣性矩的計算

教學(xué)目的與要求

1、使學(xué)生掌握純彎曲時梁橫截面上的正應(yīng)力概念。

2、使學(xué)生掌握慣性矩的計算。

重點與難點

重點：1純彎曲時梁橫截面上的正應(yīng)力。2慣性矩的計算。

難點：慣性矩的計算。

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業(yè)。

基本教學(xué)內(nèi)容：

4.4純彎曲時梁橫截面上的正應(yīng)力

梁上一般有內(nèi)力Q與M，即存在σ與τ，但一般τ為次要因素，主要為σ，故考慮純彎曲。

當(dāng)梁的橫截面上僅有彎矩而無剪力，從而僅有正應(yīng)力而無切應(yīng)力的情況，稱為純彎曲。

一、平面假設(shè)和變形幾何關(guān)系

梁彎曲時，橫截面上任一點處的正應(yīng)力與該截面上的彎矩成正比，與慣性矩成反比，并沿截面高度呈線性分布。y值相同的點，正應(yīng)力相等；中性軸上各點的正應(yīng)力為零。在中性軸的上、下兩側(cè)，一側(cè)受拉，一側(cè)受壓。距中性軸越遠(yuǎn)，正應(yīng)力越大。

二、物理關(guān)系和應(yīng)力分布

胡克定律

三、靜力學(xué)關(guān)系

當(dāng)y=ymax時，彎曲正應(yīng)力最大，其值為

式中，稱為截面對于中性軸的彎曲截面系數(shù)，是一個與截面形狀和尺寸有關(guān)的幾何量。

4.5慣性矩的計算

一、簡單截面圖形的慣性矩

1、矩形截面

2、圓形及圓環(huán)形截面

二、組合截面圖形的慣性矩、平行移軸公式

作業(yè)布置：

課后自我總結(jié)分析：

《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》教案

序

號

第10次課

周次

學(xué)

時

授課時間

2011年10月20日

章節(jié)名稱

4.彎曲

4.6彎曲正應(yīng)力的強(qiáng)度條件

教學(xué)目的與要求

1、使學(xué)生掌握彎曲正應(yīng)力的強(qiáng)度條件。

重點與難點

重點：1彎曲正應(yīng)力的強(qiáng)度條件。

難點：彎曲正應(yīng)力的強(qiáng)度條件。

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業(yè)。

基本教學(xué)內(nèi)容：

4.6彎曲正應(yīng)力的強(qiáng)度條件

例題4-8工字鋼的抗彎截面系數(shù)查國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T706-1988

例題4-9由于橫截面對中性軸不對稱，分別計算B截面和D截面的拉應(yīng)力

由于許用壓應(yīng)力與許用拉應(yīng)力不同，分別計算B截面和D截面的壓應(yīng)力

作業(yè)布置：

課后自我總結(jié)分析：

《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》教案

序

號

第11次課

周次

學(xué)

時

授課時間

2011年10月20日

章節(jié)名稱

4.彎曲

4.7梁彎曲時切應(yīng)力

4.8彎曲變形

4.9提高粱彎曲強(qiáng)度和剛度措施

教學(xué)目的與要求

1、使學(xué)生掌握純彎曲時梁橫截面上的切應(yīng)力概念。

2、使學(xué)生掌握梁的彎曲變形。

3、使學(xué)生掌握提高粱彎曲強(qiáng)度和剛度措施。

重點與難點

重點：提高粱彎曲強(qiáng)度和剛度措施。

難點：梁的剛度校核。

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業(yè)。

基本教學(xué)內(nèi)容：

4.7*梁彎曲時的切應(yīng)力

幾種常見截面梁上彎曲切應(yīng)力的大致分布規(guī)律及最大切應(yīng)力。

4.8

彎曲變形

工程中的梁除了要滿足強(qiáng)度條件之外，對彎曲變形也有一定的限制。

根據(jù)工程實際中的需要，為了限制或利用構(gòu)件的變形，必須研究梁的變形規(guī)律。

一、撓曲線、撓度和轉(zhuǎn)角

二、撓曲線的近似微分方程

——梁的撓曲線近似微分方程。求梁變形的方法通常稱為積分法。

三、用疊加法求梁的變形

四、梁的剛度校核：wmax￡[w]

；qmax￡[q]

4.9

提高粱彎曲強(qiáng)度和剛度的措施

一、合理安排梁的受力情況

1.采取適當(dāng)?shù)胤稚⑤d荷。2.采用合理布置梁的支座

二、選擇合理的截面形狀

由彎曲正應(yīng)力強(qiáng)度條件看，梁橫截面的抗彎截面系數(shù)Wz越大，粱的強(qiáng)度就越高。工字形或槽形截面最經(jīng)濟(jì)合理，圓形截面最差。從彎曲剛度角度看，在同等截面面積條件下，工字形和槽形截面比矩形和圓形截面有更大的慣性矩，因而可提高梁的彎曲剛度。

作業(yè)布置

課后自我總結(jié)分析：

《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》教案

序

號

第12次課

周次

學(xué)

時

授課時間

2011年10月24日

章節(jié)名稱

應(yīng)力狀態(tài)分析、強(qiáng)度理論、組合變形

5.1

應(yīng)力狀態(tài)的概念

5.2

平面應(yīng)力狀態(tài)分析

5.3

三向應(yīng)力狀態(tài)簡介、廣義虎克定律

教學(xué)目的與要求

1、使學(xué)生掌握應(yīng)力狀態(tài)概念和廣義虎克定律。

重點與難點

重點：使學(xué)生掌握應(yīng)力狀態(tài)概念和廣義虎克定律。

難點：應(yīng)力狀態(tài)概念。

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業(yè)。

基本教學(xué)內(nèi)容：

5.1

應(yīng)力狀態(tài)的概念一、一點的應(yīng)力狀態(tài)

通過受力構(gòu)件上一點的所有各個不同截面上應(yīng)力的集合，稱為該點的應(yīng)力狀態(tài)。

二、主平面和主應(yīng)力

主平面：單元體上切應(yīng)力為零的平面，主應(yīng)力：主平面上的正應(yīng)力。

單向應(yīng)力狀態(tài)：一點的三個主應(yīng)力中若只有一個主應(yīng)力數(shù)值不為零［圖5-3（a）］；

二向應(yīng)力狀態(tài)：一點的三個主應(yīng)力中若有兩個不為零［圖5-3（b）］；

三向應(yīng)力狀態(tài)：一點的三個主應(yīng)力中若三個都不為零［圖5-3（c）］。

5.2

平面應(yīng)力狀態(tài)分析

σx、σy分別表示作用在x、y軸垂直平面上的正應(yīng)力。切應(yīng)力的第一個下標(biāo)表示其作用面，第二個下標(biāo)表示其方向（如τxy表示作用在與x軸垂直的平面上且與y軸方向平行的切應(yīng)力）。根據(jù)切應(yīng)力互等定理，τxy

=

τyx。應(yīng)力的符號規(guī)定同前。

一、任意斜截面上的應(yīng)力

二、主平面和主應(yīng)力

極值正應(yīng)力所在的平面就是切應(yīng)力τα等于零的平面，即主平面。

由于主平面上的正應(yīng)力是主應(yīng)力，所以主應(yīng)力就是最大或最小的正應(yīng)力。

三、極值切應(yīng)力，這說明極值切應(yīng)力所在平面與主平面成45o角。注意：此處所指的極值切應(yīng)力是指平面應(yīng)力狀態(tài)下于零應(yīng)力垂直的各斜截面中的切應(yīng)力的機(jī)制，并不指三向應(yīng)力狀態(tài)下單元體最大切應(yīng)力。

例：5-2

例：5-3

5.3

三向應(yīng)力狀態(tài)簡介

廣義虎克定律一、三向應(yīng)力狀態(tài)的最大應(yīng)力

設(shè)三向應(yīng)力狀態(tài)的三個主應(yīng)力為σ1、σ2、σ3。可以證明，過該點所有截面上的最大正應(yīng)力為σ1，最小正應(yīng)力為σ3，即

二、廣義胡克定律

作業(yè)布置：

課后自我總結(jié)分析：

《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》教案

序

號

第13次課

周次

學(xué)

時

授課時間

2011年10月27日

章節(jié)名稱

應(yīng)力狀態(tài)分析、強(qiáng)度理論、組合變形

5.4

強(qiáng)度理論簡介

5.5組合變形的強(qiáng)度計算

教學(xué)目的與要求

1、使學(xué)生掌握四個強(qiáng)度理論。

2、使學(xué)生掌握桿件組合變形時的強(qiáng)度計算。

重點與難點

重點：1使學(xué)生掌握四個強(qiáng)度理論。

難點：桿件組合變形時的強(qiáng)度計算。

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業(yè)。

基本教學(xué)內(nèi)容：

5.4

強(qiáng)度理論簡介

一、脆性斷裂理論

1．最大拉應(yīng)力理論（第一強(qiáng)度理論）

2.最大伸長線應(yīng)變理論（第二強(qiáng)度理論）

二、塑性屈服理論

1.最大切應(yīng)力理論（第三強(qiáng)度理論）

2.畸變能密度理論（第四強(qiáng)度理論）

三、強(qiáng)度理論的統(tǒng)一形式

σr

≤[σ]

σr稱為相當(dāng)應(yīng)力。它由三個主應(yīng)力按一定形式組合而成。

例：5-4

5.5

組合變形的強(qiáng)度計算

一、組合變形的概念與實例

工程實際中，一些桿件往同時產(chǎn)生兩種或兩種以上的基本變形，這類變形形式稱為組合變形。

二、拉伸（或壓縮）與彎曲的組合例：5-5

三、彎曲與扭轉(zhuǎn)的組合例：5-7

作業(yè)布置：

課后自我總結(jié)分析：

《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》教案

序

號

第14次課

周次

學(xué)

時

授課時間

2011年11月6日

章節(jié)名稱

疲勞

6.1交變應(yīng)力的概念

6.2疲勞的概念

6.3

持久極限

6.4

提高構(gòu)件疲勞強(qiáng)度的措施

教學(xué)目的與要求

1、使學(xué)生交變應(yīng)力、疲勞、持久極限等概念及工程現(xiàn)象

2、使學(xué)生掌握提高構(gòu)件疲勞強(qiáng)度的措施

重點與難點

重點：1交變應(yīng)力、疲勞、持久極限等概念。2提高構(gòu)件疲勞強(qiáng)度的措施

難點：交變應(yīng)力、疲勞、持久極限等概念

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業(yè)。

基本教學(xué)內(nèi)容：

6.1交變應(yīng)力的概念

交變應(yīng)力：在工程中，有些構(gòu)件的應(yīng)力大小或方向隨時間作周期性變化，這種應(yīng)力稱為交變應(yīng)力。

6.2疲勞的概念

疲勞：構(gòu)件在交變應(yīng)力下的破壞現(xiàn)象，工程上習(xí)慣稱為“疲勞”破壞。

6.3

持久極限

一、材料的持久極限

持久極限：在交變應(yīng)力作用下，材料經(jīng)過無數(shù)次循環(huán)而不發(fā)生破壞的最大應(yīng)力稱為持久極限，也稱為疲勞極限。

二、影響構(gòu)件持久極限的因素

（1）構(gòu)件外形的影響

（2）構(gòu)件尺寸的影響

（3）構(gòu)件表面質(zhì)量的影響

三、對稱循環(huán)下構(gòu)件的持久極限

6.4

提高構(gòu)件疲勞強(qiáng)度的措施

1、減緩應(yīng)力集中

2、降低表面粗糙度

3、增加表面強(qiáng)度

作業(yè)布置：

課后自我總結(jié)分析：

《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》教案

序

號

第15次課

周次

學(xué)

時

授課時間

2011年11月3日

章節(jié)名稱

化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)概述

7.1

容器的結(jié)構(gòu)與分類

7.2

容器機(jī)械設(shè)計的基本要求

7.3

容器的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計

7.4

化工容器常用金屬材料的基本性能

教學(xué)目的與要求

1、使學(xué)生掌握容器的結(jié)構(gòu)與分類

2、使學(xué)生掌握過程設(shè)備常用金屬材料的基本性能

重點與難點

重點：1容器的結(jié)構(gòu)與分類。2過程設(shè)備常用金屬材料的基本性能。

難點：金屬材料的基本性能。

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業(yè)。

基本教學(xué)內(nèi)容：

7.1

容器的結(jié)構(gòu)與分類

一、容器的結(jié)構(gòu)

在化工廠和石油化工廠，有各種各樣的設(shè)備。這些設(shè)備按照它們在生產(chǎn)過程中的原理，可以分為反應(yīng)設(shè)備、換熱設(shè)備、分離設(shè)備和儲運(yùn)設(shè)備。

二、容器的分類

容器通常可按容器的形狀、容器厚度、承壓性質(zhì)、工作溫度、支承形式、結(jié)構(gòu)材料及容器的技術(shù)管理等進(jìn)行分類。

7.2容器機(jī)械設(shè)計的基本要求

容器的總體尺寸（例如反應(yīng)釜釜體容積的大小，釜體長度與直徑的比例，傳熱方式及傳熱面積的大小；又如蒸餾塔的直徑與高度，接口管的數(shù)目，方位及尺寸等），一般是根據(jù)工藝生產(chǎn)要求，通過化工工藝計算和生產(chǎn)經(jīng)驗決定的。這些尺寸通常稱為設(shè)備的工藝尺寸。

當(dāng)設(shè)備的工藝尺寸初步確定之后，可進(jìn)行結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度設(shè)計，設(shè)計時應(yīng)滿足：

①強(qiáng)度②剛度③穩(wěn)定性④

耐久性⑤密封性⑥節(jié)省材料和便于制造⑦方便操作和便于運(yùn)輸

7.3容器的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計

一、標(biāo)準(zhǔn)化意義

為便于設(shè)計，有利于成批生產(chǎn)，提高質(zhì)量，便于互換，降低成本，提高勞動生產(chǎn)率，我國各有關(guān)部門對容器的零部件(例如封頭、法蘭、支座、人孔、手孔、視鏡、液面計等)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化工作，許多化工設(shè)備(例如貯槽、換熱器、搪玻璃與陶瓷反應(yīng)器)也有了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

二、容器零部件標(biāo)準(zhǔn)化的基本參數(shù)

1.公稱直徑

2.公稱壓力

7.4

化工容器常用金屬材料的基本性能

一、力學(xué)性能

構(gòu)件在使用過程中受力超過某一限度時，就會發(fā)生塑性變形，甚至斷裂失效。是指材料在外力作用下表現(xiàn)出變形、破壞等方面的特性（如彈性、塑性、強(qiáng)度、硬度、韌性等特性指標(biāo)）。

1、強(qiáng)度

2、塑性

3、韌性

4、硬度

5、材料在高溫下的力學(xué)性能

二、物理性能

相對密度、熔點、熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)和導(dǎo)電性等。使用時可查有關(guān)手冊。

三、化學(xué)性能

材料在所處介質(zhì)中的化學(xué)穩(wěn)定性，即材料是否會與介質(zhì)發(fā)生化學(xué)和電化學(xué)反應(yīng)而引起腐蝕。金屬的化學(xué)性能主要是耐腐蝕性和抗氧化性。

四、工藝性能

鑄造性、可鍛性、焊接性、切削加工性、熱處理性能和冷彎性能等。

五、其他性能

1.組織穩(wěn)定性

2.抗松弛性

3.應(yīng)變時效敏感性

作業(yè)布置：

課后自我總結(jié)分析：

《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》教案

序

號

第16次課

周次

學(xué)

時

授課時間

2011年11月7日

章節(jié)名稱

內(nèi)壓薄壁容器設(shè)計基礎(chǔ)

8.1

回轉(zhuǎn)殼體的幾何特征

8.2回轉(zhuǎn)殼體薄膜應(yīng)力分析

教學(xué)目的與要求

1、使學(xué)生掌握內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計

2、使學(xué)生掌握薄壁容器的幾何特征

重點與難點

重點：1使學(xué)生掌握內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計2使學(xué)生掌握回轉(zhuǎn)殼體薄膜應(yīng)力分析。

難點：回轉(zhuǎn)殼體薄膜應(yīng)力分析

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業(yè)。

基本教學(xué)內(nèi)容：

8.1

回轉(zhuǎn)殼體的幾何特性

一、基本概念

1.回轉(zhuǎn)殼體——?dú)んw中間面由直線或平面曲線繞同平面內(nèi)的固定軸線旋轉(zhuǎn)一周而形成的殼體。

2.軸對稱——?dú)んw的幾何形狀、約束條件和所受外力都對稱于回轉(zhuǎn)軸的問題。化工容器就其整體而言，通常屬于軸對稱問題。

（1）中間面——與殼體內(nèi)外表面等距離的曲面。

內(nèi)外表面間的法向距離即為殼體厚度。對于薄壁殼體，可以用中間面來表示它的幾何特性。

（2）母線——由平面曲線AB繞回轉(zhuǎn)軸OA旋轉(zhuǎn)一周而成，形成中間面的平面曲線AB稱為“母線”。

（3）經(jīng)線——如果通過回轉(zhuǎn)軸作一縱截面與殼體曲面相交所得的交線（AB′、AB“）稱為“經(jīng)線”。顯然，經(jīng)線與母線的形狀是完全相同的。

（4）法線——通過經(jīng)線上的一點M垂直于中間面的直線，稱為中間面在該點的“法線”（n），法線的延長線必與回轉(zhuǎn)軸相交。

（5）緯線——以過N點的法線為母線作圓錐面與殼體中間面正交，得到的交線

（6）第一曲率半徑——中間面上一點M處經(jīng)線的曲率半徑稱為該點的第一曲率半徑，用R1表示。

（7）第二曲率半徑——通過經(jīng)線上一點M的法線作垂直于經(jīng)線的平面，其與中間面相交形成曲線ME，此曲線在M點處的曲率半徑稱為該點的第二曲率半徑，用R2表示。

二、基本假設(shè)

假定殼體是完全彈性的，材料具有連續(xù)性、均勻性和各向同性。對薄壁殼體，常采用以下兩點假設(shè)而使問題簡化。

1.直法線假設(shè)——?dú)んw在變形前垂直于中間面的直線段，在變形后仍保持直線，并垂直于變形后的中間面，且直線段長度不變。由此，沿厚度各點的法向位移均相同，變形前后殼體厚度不變。

2.互不擠壓假設(shè)——?dú)んw各層纖維變形后均互不擠壓。由此假設(shè)，殼壁的法向應(yīng)力與殼壁其他應(yīng)力分量相比是可以忽略的小量。

8.2

回轉(zhuǎn)殼體薄膜應(yīng)力分析

一、薄膜應(yīng)力理論的應(yīng)力計算公式

1．經(jīng)向應(yīng)力計算公式

2．環(huán)向應(yīng)力計算公式

二、軸對稱回轉(zhuǎn)殼體薄膜理論的應(yīng)用范圍

作業(yè)布置：

課后自我總結(jié)分析：

《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》教案

序

號

第17次課

周次

學(xué)

時

授課時間

2011年11月10日

章節(jié)名稱

內(nèi)壓薄壁容器設(shè)計基礎(chǔ)

8.3

典型回轉(zhuǎn)殼體的應(yīng)力分析

8.4內(nèi)壓圓筒邊緣應(yīng)力的概念

教學(xué)目的與要求

1、使學(xué)生掌握內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析

重點與難點

重點：使學(xué)生掌握內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析

難點：內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力分析和邊緣應(yīng)力

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業(yè)。

基本教學(xué)內(nèi)容：

8.3

典型回轉(zhuǎn)殼體的應(yīng)力分析

一、受內(nèi)壓的圓筒形殼體

對于圓柱殼體，根據(jù)薄膜應(yīng)力理論，其經(jīng)向應(yīng)力與環(huán)向應(yīng)力分別為

（8-3）

（8-4）

二、受內(nèi)壓的球形殼體

球殼的母線是半徑為D/2的半圓周，球殼上任一點的第一曲率半徑R1與第二曲率半徑R2均相同，且等于球殼的平均半徑，即R1

=

R2

=

D/2。由薄膜應(yīng)力理論可知，其經(jīng)向應(yīng)力與環(huán)向應(yīng)力分別為

（8-5）

（8-6）

三、受內(nèi)壓的橢球殼體

經(jīng)向應(yīng)力與環(huán)向應(yīng)力分別為

（8-9）

（8-10）

四、受內(nèi)壓的錐形殼體

錐形殼體的經(jīng)向應(yīng)力與環(huán)向應(yīng)力為

（8-11）

（8-12）

五、承受液體靜壓作用的圓筒殼體

1．沿底部邊緣支承的圓筒

2．沿頂部邊緣支承的圓筒

8.4內(nèi)壓圓筒邊緣應(yīng)力的概念

一、邊緣應(yīng)力的概念

以筒體與封頭聯(lián)接為例，若平板蓋具有足夠的剛度，受內(nèi)壓作用時變形很小。而殼壁較薄，變形量較大，兩者連接在一起，在聯(lián)接處(即邊緣部分)筒體的變形受到平板蓋的約束，因此產(chǎn)生了附加的局部應(yīng)力(即邊緣應(yīng)力)。邊緣應(yīng)力數(shù)值很大，有時能導(dǎo)致容器失效，設(shè)計時應(yīng)予重視。

二、邊緣應(yīng)力的特點

（1）局部性

不同性質(zhì)的連接邊緣產(chǎn)生不同的邊緣應(yīng)力，但它們都有一個明顯的衰減波特性。

（2）自限性

發(fā)生邊緣彎曲的原因是由于薄膜變形不連續(xù)。自然，這是指彈性變形。當(dāng)邊緣兩側(cè)的彈性變形相互受到約束，必然產(chǎn)生邊緣力和邊緣彎矩，從而產(chǎn)生邊緣應(yīng)力。但是當(dāng)邊緣處的局部材料發(fā)生屈服進(jìn)入塑性變形階段時，上述這種彈性約束開始緩解，因而原來不同的薄膜變形便趨于協(xié)調(diào)，于是邊緣應(yīng)力就自動限制。這就是邊緣應(yīng)力的自限性。

三、對邊緣應(yīng)力的處理

（1）由于邊緣應(yīng)力具有局部性，在設(shè)計中可以在結(jié)構(gòu)上只作局部處理。

（2）只要是塑性材料，即使邊緣局部某些點的應(yīng)力達(dá)到或者說超過材料的屈服極限，鄰近尚未屈服的彈性區(qū)也能夠抑制塑性變形的發(fā)展，使塑性區(qū)不再擴(kuò)展，故大多數(shù)塑性較好的材料制成的容器

（3）由于邊緣應(yīng)力具有自限性，屬二次應(yīng)力，它的危害性就沒有薄膜應(yīng)力大。

作業(yè)布置：

課后自我總結(jié)分析：

《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》教案

序

號

第18次課

周次

學(xué)

時

授課時間

2011年11月14日

章節(jié)名稱

內(nèi)壓薄壁圓筒和球殼設(shè)計

9.1

概述

9.2

內(nèi)壓薄壁圓筒和球殼強(qiáng)度計算

教學(xué)目的與要求

1、使學(xué)生掌握內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計

2、使學(xué)生掌握薄壁容器的幾何特征

重點與難點

重點：1內(nèi)壓薄壁圓筒和球殼設(shè)計。

難點：1內(nèi)壓薄壁圓筒和球殼設(shè)計。

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業(yè)。

基本教學(xué)內(nèi)容：

9.1

概述

在壓力容器的設(shè)計中，一般都是根據(jù)工藝要求先確定其內(nèi)直徑。強(qiáng)度計算的任務(wù)就是根據(jù)給定的內(nèi)直徑、設(shè)計壓力、設(shè)計溫度以及介質(zhì)腐蝕等條件，設(shè)計出合適的厚度，以保證設(shè)備能在規(guī)定的使用壽命內(nèi)安全可靠的運(yùn)行。

9.2

內(nèi)壓薄壁圓筒和球殼強(qiáng)度計算

一、薄壁圓筒強(qiáng)度計算公式

1、理論計算強(qiáng)度（計算厚度）

2、設(shè)計厚度與名義厚度

3、有效厚度

4、壓力容器的最小厚度

二、薄壁球殼強(qiáng)度計算公式

三、設(shè)計參數(shù)的確定

1、設(shè)計壓力

2、計算壓力

3、設(shè)計溫度

4、許用應(yīng)力

5、焊接接頭系數(shù)

作業(yè)布置：

課后自我總結(jié)分析：

《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》教案

序

號

第19次課

周次

學(xué)

時

授課時間

2011年11月17日

章節(jié)名稱

內(nèi)壓薄壁圓筒和球殼設(shè)計

9.3

容器的壓力試驗

教學(xué)目的與要求

1、使學(xué)生掌握容器的壓力試驗。

重點與難點

重點：1容器的壓力試驗。難點：無。

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業(yè)。

基本教學(xué)內(nèi)容：

9.3

容器的壓力試驗

容器在制成以后或檢修后投入生產(chǎn)之前，要進(jìn)行壓力試驗，其目的在于檢驗容器的宏觀強(qiáng)度和有無滲漏現(xiàn)象，以確保設(shè)備的安全與正常運(yùn)行。

對于需要進(jìn)行焊后熱處理的容器，應(yīng)在全部焊接工作完成并經(jīng)熱處理之后，才能進(jìn)行壓力試驗和氣密試驗；對于分段交貨的壓力容器，可分段熱處理，在安裝工地組裝焊接，并對焊接的環(huán)焊縫進(jìn)行局部熱處理之后，再進(jìn)行壓力試驗。

一、試驗壓力

液壓試驗壓力，按下式確定

式中

PT——試驗壓力，MPa，立式容器臥置作液壓試驗時，試驗壓力應(yīng)為立置時的試驗壓力加液體靜壓力；

p——設(shè)計壓力，MPa；

[σ]—試驗溫度下材料的許用應(yīng)力，MPa；

[σ]t—設(shè)計溫度下材料的許用應(yīng)力，MPa；

氣壓試驗壓力，按下式確定

二、壓力試驗的要求與試驗方法

1.液壓試驗

將容器充滿液體（在容器最高點設(shè)排氣口），待容器壁溫與液體溫度相同時緩慢升壓到規(guī)定試驗壓力后，保壓時間一般不小于30min，然后將壓力降到規(guī)定試驗壓力的80%，并保持足夠長時間以對所有焊縫和連接部位進(jìn)行檢查，如有漏泄，修補(bǔ)后重新試驗。液壓試驗時，注意事項。

2.氣壓試驗

對不適合作液壓試驗的容器，可采用氣壓試驗。所用氣體應(yīng)為干燥、潔凈的空氣，氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w。試驗氣體溫度一般應(yīng)不低于15℃。試驗程序如下。

3.氣密試驗

容器須經(jīng)液壓試驗合格后，方可進(jìn)行氣密試驗。其方法是：首先緩慢升壓至試驗壓力保持10min，然后降至設(shè)計壓力，同時進(jìn)行檢查，氣體溫度應(yīng)不低于5℃。

器作定期檢驗時，若容器內(nèi)有殘留易燃?xì)怏w存在會導(dǎo)致爆炸時，則不得使用空氣作為試驗介質(zhì)。

三、壓力試驗前的應(yīng)力校核

在壓力試驗前，應(yīng)對試驗壓力下產(chǎn)生的圓筒應(yīng)力進(jìn)行校核，即容器壁內(nèi)所產(chǎn)生的最大應(yīng)力不超過所用材料在試驗溫度上屈服極限的90%（液壓試驗）或80%（氣壓試驗）。

試驗類型

試驗壓力

強(qiáng)度條件

說明

備注

液壓試驗

立式容器臥置進(jìn)行水壓試驗時，試驗壓力應(yīng)取立置試驗壓力加液柱靜壓力。

壓力試驗時，由于容器承受的壓力pT

高于設(shè)計壓力p，故必要時需進(jìn)行強(qiáng)度效核。

氣壓試驗

作業(yè)布置：

課后自我總結(jié)分析：

《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》教案

序

號

第20次課

周次

學(xué)

時

授課時間

2011年11月21日

章節(jié)名稱

10內(nèi)壓容器封頭的設(shè)計

10.1

凸形封頭

10.2錐形封頭

教學(xué)目的與要求

1、使學(xué)生掌握內(nèi)壓容器封頭的設(shè)計

重點與難點

重點：1使學(xué)生掌握內(nèi)壓容器封頭的設(shè)計

難點：內(nèi)壓容器封頭的設(shè)計

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業(yè)。

基本教學(xué)內(nèi)容：

內(nèi)壓容器封頭的設(shè)計

容器封頭又稱端蓋，是容器的重要組成部分，按其形狀分為三類：凸形封頭、錐形封頭和平板形封頭。其中凸形封頭包括半球形封頭、橢圓形封頭、碟形封頭（或稱帶折邊的球形封頭）、球冠形封頭（或稱無折邊球形封頭）四種。采用什么樣的封頭要根據(jù)工藝條件的要求、制造的難易和材料的消耗等情況來決定。

10.1

凸形封頭

一、半球形封頭

二、橢圓形封頭

三、碟形封頭

四、球冠形封頭

10.2

錐形封頭

1、錐形封頭的結(jié)構(gòu)要求及計算

2、錐形封頭的標(biāo)準(zhǔn)

作業(yè)布置：

課后自我總結(jié)分析：

《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》教案

序

號

第21次課

周次

學(xué)

時

授課時間

2011年11月24日

章節(jié)名稱

內(nèi)壓容器封頭的設(shè)計

10.3

平板封頭10.4

封頭的結(jié)構(gòu)特性及選擇

教學(xué)目的與要求

目的：1使學(xué)生掌握內(nèi)壓容器封頭的設(shè)計

重點與難點

重點：1使學(xué)生掌握內(nèi)壓容器封頭的設(shè)計

難點：內(nèi)壓容器封頭的設(shè)計

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業(yè)。

基本教學(xué)內(nèi)容：

10.3

平板封頭

1、圓形平蓋厚度的計算

2、非圓形平蓋厚度的計算

10.4

封頭的結(jié)構(gòu)特性及選擇

從受力情況來看，半球形封頭最好，橢圓形、碟形其次，球冠形、錐形更次之，而平板最差。從制造角度來看，平板最容易，球冠形、錐形其次，碟形、橢圓形更次，而半球形最難；就使用而論，錐形有其特色，用于壓力不高的設(shè)備上，橢圓形封頭用作大多數(shù)中低壓容器的封頭，平板封頭用作常壓或直徑不大的高壓容器的封頭，球冠形封頭用作壓力不高的場合或容器中兩獨(dú)立受壓室的中間封頭，半球形封頭一般用于大型儲罐或高壓容器的封頭。

作業(yè)布置：

課后自我總結(jié)分析：

《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》教案

序

號

第22次課

周次

學(xué)

時

授課時間

2011年11月28日

章節(jié)名稱

外壓容器設(shè)計基礎(chǔ)

11.1

概述

11.2臨界壓力

11.3外壓容器設(shè)計方法及要求

教學(xué)目的與要求

1、使學(xué)生掌握外壓容器設(shè)計

重點與難點

重點：1使學(xué)生掌握外壓容器設(shè)計

難點：外壓容器設(shè)計

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業(yè)。

基本教學(xué)內(nèi)容：

11.1

概述

一、外壓容器的失穩(wěn)

二、圓筒失穩(wěn)形式的分類

1.周向失穩(wěn)——圓筒由于均勻徑向外壓引起的失穩(wěn)叫做周（側(cè)）向失穩(wěn)，周向失穩(wěn)時殼體斷面由原來的圓形被壓癟而呈現(xiàn)波形，其波數(shù)n可以為2，3，4，……，如圖11-1所示。

2.軸向失穩(wěn)——如果一個薄壁圓筒承受軸向外壓，當(dāng)載荷達(dá)到某一數(shù)值時喪失穩(wěn)定性，但在失去穩(wěn)定時，仍然具圓形環(huán)截面，只是破壞了母線的直線性，母線產(chǎn)生了波形，即圓筒發(fā)生了褶皺。

3.局部失穩(wěn)

失穩(wěn)現(xiàn)象除上述的周向失穩(wěn)和軸向失穩(wěn)兩種失穩(wěn)之外，還有局部失穩(wěn)，如容器在支座或其他支承處以及在安裝運(yùn)輸中由于過大的局部外壓引起的局部失穩(wěn)。

11.2

臨界壓力

一、臨界壓力

導(dǎo)致筒體失穩(wěn)的壓力稱為該筒體的臨界壓力，以pcr表示。筒體在臨界壓力作用下，筒壁內(nèi)存在的壓應(yīng)力稱為臨界壓應(yīng)力，以σcr表示。

二、長、短圓筒和剛性圓筒

按照破壞情況，受外壓的圓筒殼體可分為長圓筒、短圓筒和剛性圓筒三種，作為區(qū)分所謂長、短圓筒與剛性圓筒的長度均指與直徑Do，有效厚度δe等有關(guān)的相對長度，而非絕對長度。

三、臨界壓力的理論計算公式

1．長圓筒

長圓筒的臨界壓力可由圓環(huán)的臨界壓力公式推得，即

2．短圓筒

3．剛性圓筒

四、影響臨界壓力的因素

1．筒體幾何尺寸的影響

2．筒體材料性能的影響

3．筒體橢圓度和材料不均勻的影響

五、臨界長度

當(dāng)圓筒的計算長度L＞Lcr時，屬長圓筒；若L’cr＜L＜Lcr時，屬短圓筒；若L＜L’cr時，屬剛性圓筒。

11.3

外壓容器設(shè)計方法及要求

一、設(shè)計準(zhǔn)則

許用外壓[p]：實踐表明，許多長圓筒或管子一般壓力達(dá)到臨界壓力值的l／2～1／3時就可能會被壓癟。此外，考慮到容器有可能承擔(dān)大于計算壓力的工況，因此，不允許在外壓力等于或接近于臨界壓力進(jìn)行操作，必須有一定的安全裕度，使許用壓力比臨界壓力小，即

式中

[p]-許用外壓，MPa；

m-穩(wěn)定安全系數(shù)，m>1。

二、外壓圓筒厚度設(shè)計的圖算法

1、算圖的依據(jù)

2、外壓圓筒和管子厚度的圖算法

三、外壓圓筒厚度表

作業(yè)布置：

課后自我總結(jié)分析：

《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》教案

序

號

第23次課

周次

學(xué)

時

授課時間

2011年12月1日

章節(jié)名稱

外壓容器設(shè)計基礎(chǔ)

11.4

外壓球殼與凸形封頭的設(shè)計

11.5加強(qiáng)圈的作用與結(jié)構(gòu)

教學(xué)目的與要求

1、使學(xué)生掌握外壓容器設(shè)計

重點與難點

重點：1使學(xué)生掌握外壓容器設(shè)計

難點：外壓容器設(shè)計

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業(yè)。

基本教學(xué)內(nèi)容：

11.4

外壓球殼與凸形封頭的設(shè)計

一、外壓球殼的設(shè)計

二、外壓凸形封頭的設(shè)計

1、受外壓橢圓形封頭

2、碟形封頭

11.5

加強(qiáng)圈的作用與結(jié)構(gòu)

工程實際中，較薄鋼板用來制造較高壓力的外壓容器時，通常在筒體上裝上一定數(shù)量的加強(qiáng)圈，利用加強(qiáng)圈對筒壁的支撐作用，可以提高圓筒的臨界壓力，從而提高其工作外壓。

扁鋼、角鋼、工字鋼等都可用以制作加強(qiáng)圈，作業(yè)布置：

課后自我總結(jié)分析：

《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》教案

序

號

第24次課

周次

學(xué)

時

授課時間

2011年12月5日

章節(jié)名稱

容器零部件

12.1

法蘭連接

教學(xué)目的與要求

1、使學(xué)生掌握容器零部件

重點與難點

重點：1使學(xué)生掌握容器零部件

難點：容器零部件的選用

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業(yè)。

基本教學(xué)內(nèi)容：

12.1

法蘭連接

一、概述

可拆連接必須滿足下列基本要求：（1）有足夠的剛度，且連接件之間具有必須的密封壓緊力，以保證在操作過程中介質(zhì)不會泄漏；（2）有足夠的強(qiáng)度，即不因可拆連接的存在而削弱了整個結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，且本身能承受所有的外力；（3）能耐腐蝕，在一定的溫度范圍內(nèi)能正常的工作，能迅速并多次地拆開和裝配；（4）成本低廉，適合于大批量地制造。

法蘭連接結(jié)構(gòu)是一個組合件，它由一對法蘭，數(shù)個螺栓、螺母和一個墊片所組成。

從使用角度看，法蘭可分為兩大類，即壓力容器法蘭和管法蘭。壓力容器法蘭是指筒體與封頭、筒體與筒體或封頭與管板之間連接的法蘭；管法蘭指管道與管道之間連接的法蘭。

二、法蘭連接結(jié)構(gòu)與密封原理

法蘭通過緊固螺栓壓緊墊片實現(xiàn)密封。一般來說，流體在墊片處的泄漏以兩種形式出現(xiàn)，即所謂“滲透泄漏”和“界面泄漏”。滲透泄漏是流體通過墊片材料本體毛細(xì)管的泄漏，故除了介質(zhì)壓力、溫度、粘度、分子結(jié)構(gòu)等流體狀態(tài)性質(zhì)外，主要與墊片的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)有關(guān)；而界面泄漏是流體沿著墊片與法蘭接觸而之間的泄漏，泄漏量大小主要與界面間隙尺寸有關(guān)。由于加工時的機(jī)械變形與振動，加工后的法蘭壓緊面總會存在凹凸不平的間隙，如果壓緊力不夠，界面泄漏即是法蘭連接的主要泄漏來源。

法蘭的整個工作過程可簡單地分為預(yù)緊工況與操作工況來分析。

三、法蘭的結(jié)構(gòu)與分類

1．法蘭按接觸面形成分為以下兩類。

（1）窄面法蘭（2）寬面法蘭

2．法蘭按其整體性程度，分為三種形式。

（1）松式法蘭（2）整體法蘭（3）任意式法蘭

3．法蘭的形狀

絕大多數(shù)法蘭的形狀為圓盤形或帶頸的圓盤形，也有少量方形、橢圓形法蘭盤。方形法蘭有利于把管子排列緊湊。橢圓形法蘭通常用于閥門和小直徑的高壓管上。

四、影響法蘭密封的因素

1．螺栓預(yù)緊力

2．壓緊面（密封面）

（1）平面型壓緊面（2）凹凸型壓緊面（3）榫槽型壓緊面（4）錐形壓緊面（5）梯形槽壓緊面。壓緊面的選用原則，首先必須保證密封可靠，并力求加工容易、裝配方便、成本低。

3．墊片

（1）非金屬墊片（2）金屬墊片（3）金屬-非金屬組合墊片

4．法蘭剛度

5．操作條件

五、法蘭標(biāo)準(zhǔn)及選用

（一）壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)

壓力容器法蘭分平焊法蘭和對焊法蘭兩類。

1．平焊法蘭

平焊法蘭又分為甲型平焊法蘭（圖12-12）和乙型平焊法蘭（圖12-13）。甲型與乙型平焊法蘭相比，區(qū)別在于乙型平焊法蘭本身帶有一個圓筒形的短節(jié)，短節(jié)的厚度一般不小于16mm，這個厚度較筒體的厚度大，因而增加了法蘭的剛度。另一方面，甲型的焊縫開V型坡口；乙型的開U型坡口，設(shè)備與短節(jié)采用對接焊，從這點來看乙型比甲型也具有較高的強(qiáng)度和剛度，因此，乙型可用于較大的公稱直徑和公稱壓力的范圍。

2．對焊法蘭

長頸對焊法蘭是由具有較大厚度的錐頸與法蘭盤構(gòu)成一體的（圖12-14），進(jìn)一步增大了法蘭盤的剛度，同時法蘭與設(shè)備采用對接焊連接，因此用于更高的壓力PN0.6MPa，1.0MPa，1.6MPa，2.5MPa，4.0MPa，6.4Mpa，直徑DN300～2000mm，溫度一20～450℃。

3．壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)的選用

（二）管法蘭標(biāo)準(zhǔn)

作業(yè)布置：

課后自我總結(jié)分析：

《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》教案

序

號

第25次課

周次

學(xué)

時

授課時間

2011年12月8日

章節(jié)名稱

12容器零部件

12.2容器支座

教學(xué)目的與要求

1、使學(xué)生掌握容器零部件

重點與難點

重點：1使學(xué)生掌握容器零部件

難點：容器零部件的選用

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業(yè)。

基本教學(xué)內(nèi)容：

12.2

容器支座

容器和設(shè)備的支座，是用來支承其重量，并使其固定在一定的位置上。在某些場合下支座還要承受操作時的振動，承受風(fēng)載荷和地震載荷。

容器與設(shè)備支座的結(jié)構(gòu)型式很多，根據(jù)容器與設(shè)備自身的型式，支座可以分成兩大類，即臥式容器支座和立式容器支座。

一、臥式容器支座

臥式容器的支座有三種形式：鞍座、圈座和支腿。

常見的臥式容器和大型臥式貯罐、換熱器等多采用鞍座，它是應(yīng)用得最為廣泛的一種臥式容器支座。但對于大直徑薄壁容器和真空設(shè)備，為增加筒體支座處的局部剛度常采用圈座。小型設(shè)備采用結(jié)構(gòu)簡單的支腿。

1．雙鞍式支座及支座標(biāo)準(zhǔn)

采用雙支座時，支座位置的選取一方面要考慮到利用封頭的加強(qiáng)效應(yīng)，另一方面又要考慮到不使殼體中因荷重引起的彎曲應(yīng)力過大，所以選取原則如下。

（1）雙鞍座臥式容器的受力狀態(tài)可簡化為受均布載荷的外伸梁。

（2）當(dāng)鞍座鄰近封頭時，則封頭對支座處筒體有加強(qiáng)剛性的作用。

鞍座的結(jié)構(gòu)如圖12-18，它由橫向直立筋板、軸向直立筋板和底板焊接而成，在與設(shè)備筒體相連處，有帶加強(qiáng)墊板的和不帶加強(qiáng)墊板的兩種結(jié)構(gòu)，圖12-18為帶墊板的結(jié)構(gòu)。必須設(shè)置加強(qiáng)墊板的條件見JB/T4712—1992。加強(qiáng)墊板的材料應(yīng)與設(shè)備殼體材料相同。鞍座的材料（加強(qiáng)墊板除外）為Q235-A·F。

鞍座的底板尺寸應(yīng)保證基礎(chǔ)的水泥面不被壓壞。根據(jù)底板上的螺栓孔形狀不同，又分為F型（固定支座）和S型（活動支座），除螺栓孔處，F(xiàn)型與S型各部分的尺寸相同。在一臺容器上，F(xiàn)型和S型總是配對使用。活動支座的螺栓孔采用長圓形，地腳螺栓采用兩個螺母，第一個螺母擰緊后倒退一圈，然后用第二個螺母鎖緊，以便能使鞍座在基礎(chǔ)面上自由滑動。

鞍座標(biāo)準(zhǔn)分為輕型（A）和重型（B）兩大類，重型又分為BⅠ～BⅤ五種型號，見表12-6。

鞍座標(biāo)記方法：

2．圈式支座

圈式支座適用的范圍是：因自身重量而可能在支座處造成殼體較大變形的薄壁容器，某些外壓或真空容器，多于兩個支座的長容器。圈座的結(jié)構(gòu)如圖12-16（b）所示。

3．支腿

這種支座由于在與容器相連接處會造成嚴(yán)重的局部應(yīng)力，因此一般只用于小型容器，支腿的結(jié)構(gòu)如圖12-16（c）所示。

二、立式容器支座

立式容器的支座有四種：耳式支座、支承式支座、腿式支座和裙式支座。中、小型直立容器常采用前三種支座，高大的塔設(shè)備則廣泛采用裙式支座。

1．耳式支座

耳式支座又稱懸掛式支座，它由筋板和支腳板組成，廣泛用于反應(yīng)釜及立式換熱器等直立設(shè)備上，優(yōu)點是簡單、輕便，但對器壁會產(chǎn)生較大的局部應(yīng)力。因此，當(dāng)設(shè)備圈套或器壁較薄時，應(yīng)在支座與器壁間加一墊板，墊板的材料最好與筒體材料相同，如不銹鋼設(shè)備用碳鋼作支座時，為防止器壁與支座在焊接過程中合金元素的流失，應(yīng)在支座與器壁間加一個銹鋼墊板。圖12-19是帶有墊板的耳式支座。

耳式支座推薦用的標(biāo)準(zhǔn)為JB/T

4725—1992，它將耳式支座分為A型（短臂）和B型（長臂）兩類，每類又有帶墊板和不帶墊板的兩種，不帶墊板的分別以AN和BN表示，見表12-8，表中支座取決于支座允許載荷[Q]和容器公稱直徑DN。

耳式支座的標(biāo)記方法：

2．支承式支座

對于高度不大的中小型設(shè)備，可采用支承式支座。支承式支座已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，它分為A、B兩類，A類由鋼板拼焊而成，B類由鋼管制做，兩類都帶墊板。它的型式特征見表12-10。圖12-21表示1～4號A型支承式支座，圖12-22表示B型支承式支座。

關(guān)于支承式支座的其他內(nèi)容可查閱標(biāo)準(zhǔn)：支承式標(biāo)準(zhǔn)JB/T

4724—1992。

3．腿式支座

腿式支座與支承式支座的最大區(qū)別在于：腿式支座是支承在容器的圓柱體部分，而支承式支座是支承在容器的底封頭上。

腿式支座也已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，它的型式特征見表12-11，支座形式見圖12-23。

有關(guān)支座的具體形式、尺寸、選用可查閱標(biāo)準(zhǔn)：腿式支座JB/T

4713—1992。

4．裙式支座

裙式支座是高大的塔設(shè)備最廣泛采用的一種支座形式。它與前三種支座不同，目前尚無標(biāo)準(zhǔn)。它的各部分尺寸均需通過計算或?qū)嵺`經(jīng)驗確定。有關(guān)裙式支座的結(jié)構(gòu)及其設(shè)計計算可參見JB/T

4710—1992《鋼制塔式容器》。

作業(yè)布置：

課后自我總結(jié)分析：

《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》教案

序

號

第26次課

周次

學(xué)

時

授課時間

2011年12月12日

章節(jié)名稱

容器零部件

12.3

容器的開孔補(bǔ)強(qiáng)

教學(xué)目的與要求

1、使學(xué)生掌握容器零部件

重點與難點

重點：1使學(xué)生掌握容器零部件

難點：容器零部件的選用

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業(yè)。

基本教學(xué)內(nèi)容：

12.3

容器的開孔補(bǔ)強(qiáng)

一、開孔補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)計原則與補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)

1．補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計原則

（1）等面積補(bǔ)強(qiáng)法的設(shè)計原則

這種補(bǔ)強(qiáng)方法，規(guī)定局部補(bǔ)強(qiáng)的金屬截面積必須等于或大于開孔所減去的殼體截面積，其含義在于補(bǔ)強(qiáng)殼壁的平均強(qiáng)度，用與開孔等截面的外加金屬來補(bǔ)償削弱的殼壁強(qiáng)度。

（2）塑性失效補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計原則

一種極限設(shè)計的方法，同時又考慮到結(jié)構(gòu)的安定性。其基本點是：開孔容器的接管處達(dá)到全域塑性時的極限應(yīng)力應(yīng)等于無孔殼體的屈服應(yīng)力；同時，按彈性計算的最大應(yīng)力應(yīng)不超過2σs。

2．補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)是指用于補(bǔ)強(qiáng)的金屬采用什么樣的結(jié)構(gòu)形式與被補(bǔ)強(qiáng)的殼體或接管連成一體，以減小該處的應(yīng)力集中。

（1）補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)

（2）厚壁管補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)

（3）整鍛件補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)

二、適用的開孔范圍

當(dāng)采用局部補(bǔ)強(qiáng)時，GB

150—1998規(guī)定，筒體及封頭上開孔的最大直徑不得超過以下數(shù)值：

（1）筒體內(nèi)徑Di≤1500mm時，開孔最大直徑d≤Di/2，且d≤520mm（d為開孔直徑，圓形孔取接管內(nèi)直徑加兩倍厚度附加量，橢圓形或長圓形孔取所考慮平面上的尺寸（弦長，包括厚度附加量）；

（2）筒體內(nèi)徑Di>1500mm時，開孔最大直徑d≤Di/3，且d≤1000mm；

（3）凸形封頭或球殼的開孔最大直徑d≤Di/2；

（4）錐殼（或錐形封頭）的開孔最大直徑d≤Dk/3，Dk為開孔中心處的錐殼內(nèi)直徑。

三、不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大開孔直徑

容器開孔并非都要補(bǔ)強(qiáng)，因為常常有各種強(qiáng)度富裕量存在。例如實際厚度超過強(qiáng)度需要；焊接接頭系數(shù)小于1且開孔位置又不在焊縫上；接管的厚度大于計算值，有較大的多余厚度；接管根部有填角焊縫。所有這些都起到了降低薄膜應(yīng)力從而也降低了應(yīng)力集中處的最大應(yīng)力的作用，也可以認(rèn)為是使局部得到了加強(qiáng)，這時可不另行補(bǔ)強(qiáng)。

關(guān)于不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大開孔直徑，GB

150—1998是這樣規(guī)定的，殼體開孔滿足下述全部要求時，可不另行補(bǔ)強(qiáng)：

（1）設(shè)計壓力小于或等于2.5MPa；

（2）兩相鄰開孔中心的間距（對曲面間距以弧長計算）應(yīng)不小于兩孔直徑之和的兩倍；

（3）接管公稱外徑小于或等于89mm；

（4）接管最小厚度滿足表12-12要求。

四、等面積補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)計方法

所謂等面積補(bǔ)強(qiáng)，就是使補(bǔ)強(qiáng)的金屬量等于或大于開孔所削弱的金屬量。補(bǔ)強(qiáng)金屬在通過開孔中心線的縱截面上的正投影面積，必須等于或大于殼體由于開孔而在這個縱截面上所削弱的正投影面積。具體計算參見GB

150—1998。

五、補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)

補(bǔ)強(qiáng)圈已有標(biāo)準(zhǔn)：JB/T

4736—2002和HG

21506—1992，可參考選用。

作業(yè)布置：

課后自我總結(jié)分析：

《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》教案

序

號

第27次課

周次

學(xué)

時

授課時間

2011年12月15日

章節(jié)名稱

容器零部件

12.4

容器附件

教學(xué)目的與要求

1、使學(xué)生掌握容器零部件

重點與難點

重點：1使學(xué)生掌握容器零部件

難點：容器零部件的選用

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業(yè)。

基本教學(xué)內(nèi)容：

12.4

容器附件

容器上開孔，是為了安裝操作與檢修用的各種附件，如接管、視鏡、人孔和手孔等。

一、接管

化工設(shè)備上的接管一般分為兩類，一類是容器上的工藝接管，它與供物料進(jìn)出的工藝管道相連接，這類接管一般較粗，多是帶法蘭的短接管，如圖12-27所示，其接管伸出長度l應(yīng)考慮所設(shè)置的保溫層厚度及便于安裝螺栓，可按表12-13選用，接管上焊縫與焊縫之間的距離應(yīng)不小于50mm，對于鑄造設(shè)備的接管可與殼體一起鑄出，見圖12-28。對于軸線不垂直于殼壁的接管，其伸出長度應(yīng)使法蘭外緣與保溫層之間的垂直距離不小于25mm，如圖12-29所示。

對于一些較細(xì)的接管，如伸出長度較長則要考慮加固。例如低壓容器上DN≤40mm的接管，與容器殼體的連接可采用接頭加固，其結(jié)構(gòu)型式如圖12-30所示。

對于DN≤25mm，伸出長度l≥150mm以及DN=32～50mm，伸出長度l≥200mm的任意方向接管（包括圖12-29所示結(jié)構(gòu)），均應(yīng)設(shè)置筋板予以支撐，位置按圖12-31要求，其筋板斷面尺寸可根據(jù)筋板長度按表12-14選取。

另一類是儀表類接管，為了控制操作過程，在容器上需裝置一些接管，以便和測量溫度、壓力及液面等的儀表相連接。此類接管直徑較小，除用帶法蘭的短接管外，也可簡單地用內(nèi)螺紋或外螺紋管焊在設(shè)備上，如圖12-32所示。

二、凸緣

當(dāng)接管長度必須很短時，可用凸緣（又叫突出接口）來代替，如圖12-33所示。凸緣本身具有加強(qiáng)開孔的作用，不需再另外補(bǔ)強(qiáng)。缺點是當(dāng)螺栓折斷在螺栓孔中時，取出較困難。

由于凸緣與管道法蘭配用，因此它的聯(lián)接尺寸應(yīng)根據(jù)所選用的管法蘭來確定。

三、手孔與人孔

安設(shè)手孔和人孔是為了檢查設(shè)備的內(nèi)部空間以及安裝和拆卸設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)件。

人孔和手孔屬于常用部件，已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，目前所用的標(biāo)準(zhǔn)為HG/T21514～21535—2005《碳素鋼、低合金鋼制人孔和手孔》，該標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍為公稱壓力0.25～6.3MPa，工作溫度－40～500℃。設(shè)計時可以依據(jù)設(shè)計條件直接選用。

手孔的直徑一般為150～250mm，標(biāo)準(zhǔn)中手孔的公稱直徑有DN150和DN250兩種。手孔的結(jié)構(gòu)一般是在容器上接一短管，并在其上蓋一盲板。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的手孔一共有8種形式，它們是：常壓手孔、板式平焊法半手孔、帶頸平焊法蘭手孔、帶頸對焊法蘭手孔、回轉(zhuǎn)蓋帶頸對焊法蘭手孔、常壓快開手孔、旋柄快開手孔、回轉(zhuǎn)蓋快開手孔。圖12-34（a）所示為常壓手孔，（b）為旋柄快開手孔。

當(dāng)設(shè)備的直徑超過900mm時，應(yīng)開設(shè)人孔。人孔的形狀有圓形和橢圓形兩種。橢圓形人孔的短軸應(yīng)與受壓容器的筒身軸線平行。圓形人孔的直徑一般為400mm，容器壓力不高或有特殊需要時，直徑可以大一些，圓形標(biāo)準(zhǔn)人孔的公稱直徑有DN400、DN450、N500和DN600四種。橢圓形人孔的尺寸為450mm×350mm。

標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的人孔一共有13種形式，它們是：常壓人孔、回轉(zhuǎn)蓋板式平焊法蘭人孔、回轉(zhuǎn)蓋帶頸平焊法蘭人孔、回轉(zhuǎn)蓋帶頸對焊法蘭人孔、垂直吊蓋板式平焊法蘭人孔、垂直吊蓋帶頸平焊法蘭人孔、垂直吊蓋帶頸對焊法蘭人孔、水平吊蓋板式平焊法蘭人孔、水平吊蓋帶頸平焊法蘭人孔、水平吊蓋帶頸對焊法蘭人孔、常壓旋柄快開人孔、橢圓形回轉(zhuǎn)蓋快開人孔、回轉(zhuǎn)拱蓋快開人孔。圖12-35所示為水平吊蓋帶頸平焊法蘭人孔。

四、視鏡

視鏡除用來觀察設(shè)備內(nèi)部情況外，也可用做料面視鏡。用凸緣構(gòu)成的視鏡稱不帶頸視鏡（圖12-36），它結(jié)構(gòu)簡單，不易粘料，有比較寬闊的視察范圍。標(biāo)準(zhǔn)中視孔的公稱直徑有50～150mm五種，公稱壓力達(dá)2.5MPa，設(shè)計時可選用。

當(dāng)視鏡需要斜裝或設(shè)備直徑較小時，需采用帶頸視鏡（圖12-37），視鏡玻璃是硅硼玻璃，容易因沖擊、振動或溫度劇變破裂，此時可選用雙層玻璃安全視鏡或帶罩視鏡。

視鏡因介質(zhì)結(jié)晶、水蒸氣冷凝影響觀察時，可采用沖洗裝置，如圖12-38所示。

另外，當(dāng)設(shè)備需要時還可采用帶類視鏡（HG/T

21575—1994）和組合式視鏡（HG

21505—1992）。總之，視鏡的形式較多，應(yīng)根據(jù)具體情況選用。

五、液面計

液面計的種類很多，公稱壓力不超過0.07MPa的設(shè)備，可以直接在設(shè)備上開長條孔，利用矩形凸緣或法蘭把玻璃固定在設(shè)備上。對于承壓設(shè)備，一般都是將液面計通過法蘭[圖12-39（a）]、活接頭[圖12-39（b）]或螺紋接頭[圖12-39（c）]與設(shè)備聯(lián)接在一起。在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中，分玻璃板式液面計、玻璃管式液面計（HG

21588～21592—1995）、磁性液位計（HG/T

21584—1995）和用于低溫設(shè)備的防霜液面計（HG/T

21550—1993）。圖12-40為普通型磁性液位計。

六、設(shè)備吊耳

設(shè)備吊耳主要是起吊設(shè)備用的，目前已有標(biāo)準(zhǔn)（HG/T

21574—1994），此標(biāo)準(zhǔn)共列入三類（六種型式）吊耳，有頂部板式吊耳（圖12-41），側(cè)壁板式吊耳（圖12-42）和軸式吊耳（圖12-43），吊耳的公稱吊重是指一個吊耳所能起吊的最大重量。

作業(yè)布置：

課后自我總結(jié)分析：

《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》教案

序

號

第28次課

周次

學(xué)

時

授課時間

2011年12月19日

章節(jié)名稱

13帶傳動

14齒輪傳動

15蝸桿傳動

教學(xué)目的與要求

1、使學(xué)生了解帶傳動的類型、結(jié)構(gòu)和特點

2、使學(xué)生了解齒輪傳動的特點和分類

3、使學(xué)生了解蝸桿傳動的組成、特點和類型

重點與難點

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業(yè)。

基本教學(xué)內(nèi)容：

13帶傳動

13.1

帶傳動的類型、結(jié)構(gòu)和特點

14齒輪傳動

14.1

齒輪傳動的特點和分類；

15蝸桿傳動

15.1

蝸桿傳動的組成、特點和類型

作業(yè)布置：

課后自我總結(jié)分析：

《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》教案

序

號

第29次課

周次

學(xué)

時

授課時間

2011年12月22日

章節(jié)名稱

輪系和減速器

軸、鍵與聯(lián)軸器

18軸承

教學(xué)目的與要求

1、使學(xué)生了解輪系和減速器

2、使學(xué)生了解軸、鍵與聯(lián)軸器

3、使學(xué)生了解軸承

重點與難點

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業(yè)。

基本教學(xué)內(nèi)容：

16輪系和減速器

16.1、輪系

16.2、減速器

17軸、鍵與聯(lián)軸器

17.1

概述

17.5

平鍵連接

17.6

聯(lián)軸器

18軸承

18.1

概述

18.2

非液體摩擦滑動軸承

18.3

滾動軸承

作業(yè)布置：

課后自我總結(jié)分析：

第五篇：滾動軸承機(jī)械基礎(chǔ)電子教案

機(jī)械基礎(chǔ)電子教案 8.3 滾動軸承

【課程名稱】 滾動軸承 【教材版本】

欒學(xué)鋼主編。機(jī)械基礎(chǔ)（多學(xué)時）。北京：高等教育出版社，2010 欒學(xué)鋼主編。機(jī)械基礎(chǔ)（少學(xué)時）。北京：高等教育出版社，2010

【教學(xué)目標(biāo)與要求】 一．知識目標(biāo)

1.了解滾動軸承的分類及結(jié)構(gòu)。

2.掌握滾動軸承的代號含義，能夠熟記常用軸承的代號。3.能夠正確的拆裝與維護(hù)軸承。二．能力目標(biāo)

1． 能夠掌握滾動軸承的優(yōu)點及應(yīng)用場合。

2． 能夠看懂滾動軸承代號的含義，并正確選用軸承。三．素質(zhì)目標(biāo)

1． 了解常用滾動軸承的特性。

2． 能夠讀懂滾動軸承代號的含義。

四．教學(xué)要求

1． 了解滾動軸承的功用、分類、特點。2． 熟悉滾動軸承代號的含義。【教學(xué)重點】

1． 滾動軸承的特點與應(yīng)用場合。2． 掌握滾動軸承代號的含義。【難點分析】

1． 滑動軸承與滾動軸承的使用場合。2． 滾動軸承的代號含義。【教學(xué)方法】

講授法，教具演示，講課中穿插討論與提問。【教學(xué)資源】

1． 機(jī)械基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)課程。北京：高等教育出版社，2010。

2． 吳聯(lián)興主編。機(jī)械基礎(chǔ)練習(xí)冊。北京：高等教育出版社，2010。3． 教具與實物。【教學(xué)安排】

4學(xué)時（180分鐘）【教學(xué)過程】

一．作業(yè)講評（5分鐘）

根據(jù)軸類零件學(xué)生作業(yè)完成中存在問題進(jìn)行講評，注意強(qiáng)調(diào)獨(dú)立完成，切勿抄襲。重點表揚(yáng)獨(dú)立思考完成作業(yè)的少部分同學(xué)。二．導(dǎo)入新課（5分鐘）

滑動軸承的摩擦系數(shù)較大，開始運(yùn)轉(zhuǎn)時滑動摩擦阻力較大，而滾動摩擦的摩擦系數(shù)比滑動摩擦的摩擦系數(shù)小，起動容易，所以在大量的場合中滾動軸承的應(yīng)用比滑動軸承更加廣泛。

三、新課教學(xué)

1．滾動軸承的結(jié)構(gòu) 用實物和掛圖、動畫表示滾動軸承的結(jié)構(gòu)，使學(xué)生對滾動軸承的結(jié)構(gòu)有感性的認(rèn)識。這里主要掌握基本結(jié)構(gòu)，即由內(nèi)外座圈，滾動體和保持架組成。滾動體的結(jié)構(gòu)決定了軸承的特性，因此應(yīng)當(dāng)作為重點來講解，區(qū)分出軸承的承載和轉(zhuǎn)速特點。2．滾動軸承的分類

可按承載方向、滾動體形狀以及是否可調(diào)心來分：

按承載方向－主要承載徑向載荷的向心軸承；主要承載軸向載荷的推力軸承。按滾動體形狀－分球和兩類，柱又可分成圓柱和圓錐。按可調(diào)心－分調(diào)心軸承和非調(diào)心軸承。3．滾動軸承的代號

代號的含義是學(xué)習(xí)的重點內(nèi)容，必須要求記住類別、直徑系列和內(nèi)徑的表示方法，其余內(nèi)容懂得去查相關(guān)手冊即可以了。類別中必須記住常用的深溝球軸承

6、圓錐滾子軸承3和推力軸承5三種代號；直徑系列要記住2、3、4即輕、中、重型；寬度系列要記住0、1、2即窄、正常、寬型系列；內(nèi)徑要求記住尾數(shù)乘以5為實際內(nèi)徑，但還必須記住00—03的特殊尺寸。該段內(nèi)容是本節(jié)學(xué)習(xí)重點，要反復(fù)結(jié)合練習(xí)冊來練習(xí)，達(dá)到牢記。

4． 滾動軸承的安裝與維護(hù)

內(nèi)圈與軸選用較緊的過渡配合；外圈與座孔選用較松的過渡配合。

安裝時借用紫銅棒敲入，不能用手錘直接敲打滾動軸承；或用加熱方法套入內(nèi)圈； 安裝推力時注意分清標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)孔的座軸承圈分為大小二個內(nèi)圈，大圈的內(nèi)孔尺寸比小圈的內(nèi)孔大0.2mm，應(yīng)貼緊安裝在靜止的支座上；小圈安裝在轉(zhuǎn)動的軸上，貼緊轉(zhuǎn)動軸的端面上，與軸一起轉(zhuǎn)動。從外觀上看，大圈的內(nèi)孔比較粗糙，安裝時千萬不能出錯，否則軸承很快就會損壞，而且也不起支承的作用。

為保證滾動軸承的使用壽命，必需給予足夠的潤滑劑。如果軸承選用脂潤滑，則油脂的用量不要超過軸承空腔的2/3。油脂過多將形成運(yùn)動阻力。

安裝軸承盡量使用專用工具，可保證軸承的安裝質(zhì)量和使用壽命。用手錘敲打時，防止損壞軸承，注意安裝到位，防止出現(xiàn)歪斜。

拆卸滾動軸承時常用拆卸器拆卸滾動軸承的內(nèi)圈較為快速、方便。5． 滾動軸承的失效形式

常見滾動軸承的失效形式有疲勞點蝕和塑性變形，前者是正常失效，后者是超載引起的失效。此外，在密封不好的條件下也會出現(xiàn)磨粒和粘著磨損。三．小結(jié)

滾動軸承的使用范圍較廣，其特點是標(biāo)準(zhǔn)化，系列化，而且方便維修。常用的類型，直徑系列和內(nèi)徑代號應(yīng)當(dāng)熟記，對今后的學(xué)習(xí)和工作非常有益。

注意安裝和拆卸滾動軸承應(yīng)當(dāng)掌握的要點。四．作業(yè) 【課后分析】