化工设备机械基础习题及答案.docx
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化工设备机械基础习题及答案
1.
化工厂安装塔设备时，分段起吊塔体如图所示。
设起吊重量
G=10KN,求钢绳AB、
BC及BD的受力大小。
设BCBD与水平夹角为60C
2.桅杆式起重机由桅杆D起重杆AB和钢丝BC用铰链A连接而组成。
P=20KN,试求
BC绳的拉力与铰链A的反力（AB杆重不计）
3.起吊设备时为避免碰到栏杆,
力To
施一水平力P,设备重G=30KN,求水平力P及绳子拉
4.
悬臂式壁架支承设备重
P（kn），壁架自重不计，求固定端的反力
5.化工厂的塔设备，塔旁悬挂一侧塔。
设沿塔高受风压q（N/m）,塔高H（m），侧塔
与主塔中心相距为e（m），主塔重R（KN），侧塔重P2（KN）。
试求地面基础处的支座
6.梯子由AB与AC两部分在A处用铰链联结而成，下部用水平软绳连接如图放在光滑
面上。
在AC上作用有一垂直力P。
如不计梯子自重，当P=600N,=75C,h=3m,
a=2m时，求绳的拉力的大小
.7
杆的横截面面积A为250mm,P=10KN。
（cl（d）
8.一根直径d=3mm长L=3m的圆截面杆，承受轴向拉力P=30KN,其伸长为△L=2.2mm。
试求
此杆横截面上的应力与此材料的弹性模量E
参考答案
9.一根钢杆，其弹性模量E=2.1X105MPa比例极限p=210MPa在轴向拉力P作用下，纵向
线应变=0.001。
求此时杆横截面上的正应力。
如果加大拉力P,使杆件的纵向线应变增
加到=0.01，问此时杆横截面上的正应力能否由虎克定律确定，为什么？
10.两块Q235-A钢板用E4301焊条对焊起来作为拉杆，b=60mm=10mm已知钢板的许用应
力[]=160MPa，对接焊缝许用应力[]=128MPa,拉力P=60KNo试校核其强度。
11.
400KN,其法兰联接选用Q235-A
钢制M24的螺栓，螺栓的许用应力[]=54MPa，由螺纹标准查岀M24螺栓的根径d=20.7mm
试计算需要多少个螺栓（螺栓是沿圆周均匀分布，螺栓数应取4的倍数）。
12.简易支架可简化为图示的铰接三角形支架ABCAB为圆钢杆，许用应力[]=140MPa；BC
为方木杆，许用应力[]=50MPa。
若载荷P=40KN试求两杆的横截面尺寸。
13.某设备的油缸，缸内工作压力P=2MPa油缸内径D=75mm活塞杆直径d=18mm已知活塞杆
的[]=50MPa，试校核活塞杆的强度
参考答案
1-13.解：
横截面上的应力：
pp2
d=-===430
百佰3.14xC07亍314山"1甲
〒一〒4-4MPa
a*T-50
因为：
」MPa，所以该活塞杆的强度不够。
14.一卧式容器，支承在支座A和B上，容器总重G=500KN,作用于中点，两支座A、B的垫板之
截面均为长方形，边长a：
b为1:
4，若支座下的基础的许用应力[]=1MPa,试求垫板截面所
需的尺寸。
15.试列岀图示各梁的弯矩方程，并画弯矩图，求岀Mn;
16.
卧式贮耀，内径为1600mrg壁厚20mm圭寸头高H=450mn;支座位置如图，L=8000mm
q=28N/mm简
a=1000mm内贮液体，包括贮罐自重在内，可简化为单位长度上的均布载荷
17.
悬臂管道托架上，支承管道重P=8MPal=500mm梁用10号工字钢，材料的弯曲许用应力
[]=120MPa。
问工字梁的强度是否足够。
1
-*
**L
B
18.分馏塔高H=20m塔内径为1000mm壁厚6mm塔与基础的固定方式可视为固端，作用在塔
体上的风载荷分两段计算，qi=420N/m,q2=600N/m。
求风力引起的最大弯曲应力。
19.一卧式容器筒体部分，总重40KN,支撑在容器焊接架的托轮上，已知支承托轮A、B两轴的
直径d=50mm材料的弯曲许用应力[]=120MPa。
试校核该轴的强度
20.空气泵的操作杆，右端受力P=8KN,I-I及11-11截面尺寸相同，均为h/b=3的矩形。
若操
作杆的材料的许用应力[]=150MPa。
试设计I-I及II-II截面的尺寸
21.横梁设计为矩形截面h/b=3:
1,许用应力[]=160MPa，求此梁的最大挠度和最大转角
钢材的弹性模量E=2.0X105MPa图中P=20KN,q=10KN/m,I=4m。
niiniiiriHiiHH
参考答案
B
22.销钉联接，已知P=18KN板厚ti=8mmt2=5mm销钉与板的材料相同，许用剪应力[]=60MPa,
许用挤压应力[jy]=200MPa销钉直径d=16mm试校核销钉强度
23.齿轮与轴用平键联结，已知轴直径d=70mm键的尺寸bxhxl=20X12X100（mr）传递的
力偶矩m=2KN-m键材料的许用应力[]=80MPa，[jy]=200MPa,试校核健的强度。
24.已知圆轴输入功率Z=50KW输岀功率N=30KWN=20KW轴的转速n=100转/分,
[]=40MPa，[]=0.5°/mG=8.0x104MPa设计轴的直径d.
参考答案1-24解：
销钉所受的的最大剪应力为:
18x103/2
绻3MxO.0162f4
MP
销钉所受的的最大挤压应力为:
1弧12
D.O16X0.00S
25.某搅拌轴材质为45号钢，其许用应力[]=31MPa，轴的n=20r/min，传递功率为N=5KW试求此实心轴的直径。
26.某化工厂的螺旋输送机，输入功率为7.2KW现拟用外径D=50mm内径d=40mmt勺热轧无缝
钢管做螺旋的轴，轴的转速n=150r/min，材料的扭转许用剪应力[]=50MPa，问强度是否
足够？
27.某反应器的搅拌轴由功率N=6KW的电动机带动，轴的转速n=40r/min，由89X10（外径
89mm壁厚10mm制成，材料的许用剪应力[]=50MPa。
试校核电动机输岀额定功率时轴的
强度。
28.一带有框式搅拌桨叶的主轴，其受力情况如图所示。
搅拌轴由电动机经过减速箱及圆锥齿轮
带动。
已知电动机的功率为2.8KW，机械传动的效率为85%搅拌轴的转速为5r/min，轴的直
径为d=75mm轴的材料为45号钢，许用剪应力为[]=60MPa。
试校核轴的强度。
29.试求图示单元体内主应力的大小及方向，并在它们的中间绘岀仅受主应力作用的单元体。
试求图示各单元体内主应力的大小及方向,
并在它们中间绘岀仅受主应力作用的单元体。
参考答案
1-30（c）解：
主应力为:
6=t6”十町）十］3-勺y+4亡=1〔一劄4-30^-FiJf-20-3CD3+4x20J=刃
MPa
匚2=—：
□”+u」_—J〔6-*4iJ=—i—2D4-3Q）_亍Ji-2U-3。
严+4x2U'=-27
亡己AiAa
MPa
-2x20
20^30
IS3B
受主应力作用的单元体如下图中的蓝色线条所表示的:
3
链环由直径d=20mm的圆钢制成，距离a=50mm钢材的许用应力[]=100MPa。
如果图示链环
1
有缺口，其许可拉力P为多大？
如果将缺口焊好，则其许可拉力P为多大？
3手摇铰车如图所示。
轴的直径d=30mm材料为Q235钢，[]=80MPa。
试按第三强度理论求铰
2车的最大起重量Po
电动机的功率为9KW转速为715r/min，皮带轮直径D=250mm主轴外伸部分I=120mm主轴
直径d=40mm若[]=60MPa，试用第三和第四强度理论来校核主轴的强度。
3
千斤顶的螺杆由Q235-A钢制成，内径di=32mm最大升高I=30mm若起重量P=50KN,两端支
4
座看成上端自由、下端固定，许用应力[]=160MPa，用折减系数法校合其稳定性。
3铸铁管外径D=200mm内径d=120mm长I=3000mm两端看成铰链支座。
铸铁的许用应力
5[]=80MPa。
求此管最大许可压力。
习题参考答案
2.l1_I.■I'”:
-'■|■
巳3cos75°-E边cos4亍=0
F血二耳3KNF沪28.3KN
P=\1.32KN
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4.
5.
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9.
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E
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不能用虎克定律计算横截面上的正应力，因为此时应力已远远超岀弹性范围
10.
故，强度足够
11.
nAa4n-2A
12."-丁.：
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13.
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4
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4tr]=y/二0.25龙A^Aa2
“：
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d=1000m/n
15.
（a）
（b）
（c）
（e）
（g）
（i）
（k）
2
9q1
1.4^
（d）
（f）
（h）
（j）
（l）
qa=9q3
FF2
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16.
17.
18.
19.
20.
（m）
£二你丄g[£*2（&+-H）=148.4^
M=200KN.m
miK
M=PL=4KN.m
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3.125^
打二牛y二163MP^>[£T]
N=—-—G=11.5^1KN
4cos30°
M=N«.15=IJ3KNM
/為Eg
M=N«.15=IJ3KNM
所以，强度不够
=P（0.68-0.08）=4.8SV
h=120初也
r=—d^j.jxio-7
[cj]
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=131A£Pa>[（7]
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21.
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22.
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P
抗剪：
吒A
4
b=4Qmm
90MPa
1=7Amm
ff,=0.00023
@=0.00023
F2=—=—=141MPa
抗挤：
--'-
T=^=28JMP^<[r]bl
23.
P-^MP^57KN
2
P
g—二<[（?
y]
—x/
2
24.销钉所受的的最大剪应力为:
572_P!
2_18xl03r2_局口「[
瓦_荷齐一3.14x0,0163/4-"M『[寸
销钉所受的的最大挤压应力为:
P
1S>c103
0.016x0.008
=140
25.
Mr-9550x^-9550xA=1153.75ZA
2720
Mr_1153.75
31"
3.851xW5w5
26.
Mr-95509550x—-彳刃4V滞
幷150
W=—ra4=14472.4右即M
r=—=孔门脳％WLJ
p
强度足够
轴的外径：
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:
I''…
N6
Mr=9550x_=9550x_=1^32.5^-wr2740
"伊"沁沐［＜|〜沁
强度足够
28.
=0.2^J，=84375/MW35
强度足够
29.
计算主应力和方向的公式为:
"1三扌（丁品十十产页;
^2=|ta.
将（a）（b）（c）各题带入得:
（a）
cf]=2C）MPa
6=-3（）MPa
（b）
6=\^MPa
cf2=S^MPa
（c）
s=2a的MP口6=-6门阳於口%=22.5'
30主应力为:
込=1耳+6）+［応.6歹+元I=1（-20+30）+!
J（・20・和尸+你2（?
=3722r22
MP
1_!
-2x20
=—tg
2-20-30
=w.r
受主应力作用的单元体如下图中的蓝色线条所表示的:
31A点受弯矩和力的组合作用
rj-^=—+
=1964w2ws^
其中，4,M■Pq
785.Swawi3
代入上式得：
F二15.59£2<
32本题为拉扭组合
.最大剪应力在圆轴的外圆周上：
t"处，-眼％"苗=0.2X303=5400WW53
Wp‘
最大的拉应力作用在轴的上下边缘处:
<7-—・尸如皿厲■茨0巴町■—-2651^?
Wz32
第三强度理论：
/=+卅〈WMPa
P-795V
33
Mr=9550x兰
叭沁一牛讪2修■皿3
=377=346,22V
=6284出拠卞
第三强度理论:
=58.31^^<[
]
J/
=5X.4MPa<[b]
第四强度理论:
34
=304-112^
—4M.4煜灯OO.£
d
32
S=304-1.12^=220^
CT
P==22^-d2^YTIKN
lurvrm
所以，千斤顶稳定
35
S=3322-1.45«
CT
4M4x1x3000“
■——■■60
200
g=3322-1454A=245MP^
CT
笃-b疔XA三24亦眷〔/-屮尸49267疋时
需用的最大压力为：
P
-49267/6•旨21KN
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