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化工设备机械基础知识总结


化工设备机械基础知识总结
一.拉伸与压缩 1.内力(正应力) :σ=N/A=F/A 单位 :MPa=N/mm? 2.强度条件:σ max=N/A ≤[σ].通过强度条件校核强度:σ max=N/A ≤[σ], 截面设计:A≥N/[σ] ,确定许用载荷:N≤[σ]/A.

3.应变:纵向应变:ε=ΔL/L.虎克定律:①ΔL=FL/EA,推出:σ=Eε.

二.弯曲 1.内力: ①剪力弯矩通过截面法受力分析可得。 ②应力:σ=Eε=Ey/ρ.ρ(变形的曲率半径) y(该点到中性层的距离)计 算公式:σ=My/Ιz M 同一截面的弯矩由受力分析可得,y 到中性轴 的距离, Ιz 横截面惯性矩 ,矩形截面:Ιz=bh?/12,圆形截面:Ιz=

πD4/64.最大正应力:σmax= M/W Z,抗弯截面模量 Wz, Wz=Ιz/ymax, Ymax 是上下边缘到中性轴的距离。 2.应变:ε=y/ρ,ρ(变形的曲率半径) y(该点到中性层的距离)。 3.强度条件:σmax=Mmax/Wz≤[σ],校核强度:Mmax/Wz≤[σ],截面设 计:Wz ≥Mmax/[σ]。 4.提高梁弯曲强度的主要途径:①选择合理的截面: (1)根据应力分 布规律的选择: 可以将矩形截面靠近中性轴的这部分的面积移到离中 性轴较远的上下边缘作为翼板。 (2)根据截面模量的选择:截面竖放 不易弯曲。 (3)根据材料特性的选择,对于抗压强度和抗拉强度相等 的塑性材料(如钢材) ,一般采用对称于中性轴的截面。而对于抗压
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强度和抗拉强度不等的脆性材料, 最好使中性轴偏于相对较弱的一边。 ②合理布置支座和载荷作用位置。 三.剪切 1.内力。①剪应力:τ=Q/A(Q 剪力受力分析可得,A 受剪构件的横 截面积)剪切强度条件: Τ= Q/A≤[τ]可以通过材料拉伸时 的许用 应力[σ] 来估计许用剪切应力。塑性材料[τ]=(0.6~0.8)[σ],而脆性 材料是[τ]=(0.8~1.0)[σ] ② 挤压应力:σjy=F/Ajy (Ajy 挤压面积。方键是 Ajy=L〃h/2,对于圆 柱面为了简化计算,一般采用挤压面的正投影。Ajy=d〃h)挤压强度 条件σjy=F/Ajy ≤[σjy]可以通过[σ]估计,[σjy]=(1.7~2.0)[σ] 四.扭转 1.外力矩的计算:T=60P/2πn 或者 T=6.55P/n. 2.应力的计算:许用剪应力τp=τmax/ρmax〃ρ,抗扭截面模量 Wρ =Iρ/ρ
max , max

τ

=Tn/W ρ , τ p=Tn ρ /I ρ , 极惯性矩 I ρ ,圆截面 I ρ = π D4/32 ≈

0.1D4,Wρ=πD3/16≈0.2D3,圆环(内径 d 外径 D α=d/D) :Iρ=π D4/32(1-α4)≈0.1D4( 1-α4)Wρ=πD3/16≈0.2D3(1-α4) 。 3.强度条件:τmax=Tmax/Wρ,如果把 Wρ=πD3/16 带入就得到设计圆 轴 的 直 径 。 扭 转 时 的 许 用 剪 应 力 [ τ ]=(0.5~0.6)[ σ ]( 塑 性 材 料)[τ]=(0.8~1.0)[σ](脆性材料) 4.纯剪切:互相垂直面上只有剪应力作用的情况叫做纯剪切。 剪切 虎克定律:τ=Gγ(τ剪应力不超过比例极限τp,G 剪切弹性模量,反映 材料抵抗剪切变形的能力,γ剪应变,角变形。)G=E/2(1+μ)(E 抗压
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弹性模量,μ横向变形系数)。 5.扭转变形和刚度条件: 扭转角φ=Tn〃 l/G〃 Iρ相对扭转角φ0=Tn/G〃 I
ρ

×180/π.刚度条件φ0=Tn/G〃 Iρ ×180/π ≤[φ0]([φ0]许用扭转角)。

五.压杆 欧拉公式:Fcr=π2EI/(μL)2 长度系数。 长度系数μ的不同取值:1.两端铰链=1 2.一端固定一端自由=2 3.两 端固定=0.5 转=1. 欧拉公式的适用范围:λ≥λp=(π2E/σp)1/2.
I ? i2 A i? I A

L :杆长

EI:最小抗弯刚度

μ :

4.一端固定一端铰链=0.7

5.一端固定一端平移而不

λ=μl/i

1.λ≥λp 的称为细长杆:用欧拉公式计算应力σcr=π2E/λ2 2.λs≤λ≤λp 的称为中长杆:用直线公式计算:σcr=a-bλ。 3.而对于λs≥λ的粗短杆来说,就直接用普通的强度计算:σcr=σs(屈 服极限) 稳定性条件:1.折减系数法: 安全系数法:
ncr ? Fcr ? ?ncr ? F
I ? i2 A

??

F ? ? ?? ? A φ?——折减系数

ncr ?

? cr ? ?ncr ? ? 。

解题步骤⑴ 计算柔度

i?

I A

λ=μl/i

⑵确定杆的类型然后计算临界力 ⑶ 稳定性校核
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增加杆的稳定性的方法: 核心就是让σcr 增大 1、尽是减小压杆长度 2、增强支承的刚性:尽是选取μ小的支撑形式 3、合理选择截面形状 4、合理选用材料:①大柔度杆,选取普通钢;②中、小柔度杆,选 取高强度钢。 六.化工设备材料 碳素钢: 普 通 碳 素 钢 : Q+ 三 位 数 ( MPa 最 低 屈 服 极 限 超 过 就 破 坏 ) +A/B/C/D(D 为最高质量等级)+脱氧程度(F/Z(不用标)/b/TZ) 优质碳素钢: ①两位数(含碳量--万分之几) ②含锰较高(末尾标 Mn) ③锅炉用钢(末尾标 g) 压力容器用钢(标 R) ④铸造而得的碳钢件(标有 ZG 字样+两组数字(一个是屈服极限一 个是强度极限的数值) ) 铸铁: 灰铸铁:HT+数字(最低抗拉强度) 可锻铸铁:KT+H/B/Z 分别是黑心,白心,珠光体。+数组(最低 抗拉强度)+数组 2(最低延伸率)
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球墨铸铁:QT+两组数字(同可锻铸铁一样的意思) 合金钢 结构钢:两位数(含碳量--万分之几)+合金元素符号+合金元素含量 (%,1.5%以下不标) 工具钢:1 位数(平均含碳量,千分之一,含碳量超过 1.0%不标) +合金元素符号+合金元素含量 特殊性能钢:同合金工具钢 0 表示含碳量低于或等于 0.08%(微碳) 00 含碳量低于 0.03%(超低碳) 注:钢号末尾(A)表示高级优质钢

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