1、2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,化工設(shè)備機械基礎(chǔ),授課教師：于如軍 E-mail:2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,緒論,一、目的和意義 建立化學(xué)工程師與機械工程師之間的橋梁 具備基本工程力學(xué)知識，了解化工設(shè)備常用材料特性，掌握化工設(shè)備的設(shè)計計算，及典型機械傳動 培養(yǎng)復(fù)合型人才,2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,二、主要內(nèi)容及學(xué)時安排,第一篇 工程力學(xué) 16 學(xué)時 第二篇 化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ) 20 學(xué)時 第三篇 機械傳動 12 學(xué)時,2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東

2、理工大學(xué)化工學(xué)院,第一篇 工程力學(xué),靜力學(xué)：研究物體機械運動一般規(guī)律 材料力學(xué)：研究構(gòu)件承載能力（強度 剛度 穩(wěn)定性） 構(gòu)件承受荷載能力衡量： 1強度：構(gòu)件抵抗破壞的能力 2剛度：構(gòu)件抵抗變形的能力 3穩(wěn)定性：構(gòu)件保持原有平衡形態(tài)能力,2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,工程力學(xué)基本內(nèi)容,物體的受力分析靜力學(xué)（研究外力） 材料力學(xué)（研究內(nèi)力） 拉伸 壓縮與剪切 扭轉(zhuǎn) 彎曲 壓力狀態(tài)分析 疲勞,本篇內(nèi)容特點： 1、概念多 2、形象思維 3、是后續(xù)篇章的基礎(chǔ),2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,化工裝備事故分析與預(yù)防劉相臣,第一章 概論 化工

3、設(shè)備與機器安全運行在生產(chǎn)中重要地位化工設(shè)備與機器事故的現(xiàn)狀分析材料選擇在化工設(shè)備與機器安全的重要作用,2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,第三章 化工設(shè)備與機器事故統(tǒng)計分析塔槽釜爆炸事故 加熱爐爆炸 廢熱鍋爐事故管道破裂與爆炸事故 離心機事故汽輪機葉片、圍帶損壞事故統(tǒng)計分析第四章 典型重大事故案分析氫分塔爆炸液氯鋼瓶爆炸氨冷器爆炸事故聚氯乙烯聚合釜超壓爆炸,化工裝備事故分析與預(yù)防劉相臣,2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,化工事故,江蘇射陽臨海鎮(zhèn)氟源化工有限公司氯化反應(yīng)器在試生產(chǎn)過程中發(fā)生爆炸，繼而發(fā)生連續(xù)爆炸，造成硝化、氯化兩個車間廠房

4、全部倒塌，在場的公司董事長、總經(jīng)理、分管副總經(jīng)理以及生產(chǎn)技術(shù)人員22人死亡，29人受傷。,2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,吉林石化爆炸就是一次“人禍”。事故直接原因是由于當(dāng)班操作工停車時，疏忽大意，未將應(yīng)關(guān)閉的閥門及時關(guān)閉，誤操作導(dǎo)致進(jìn)料系統(tǒng)溫度超高，長時間后引起爆裂，隨之空氣被抽入負(fù)壓操作的T101塔，引起T101塔、T102塔發(fā)生爆炸，隨后致使與T101、T102塔相連的兩臺硝基苯儲罐及附屬設(shè)備相繼爆炸，隨著爆炸現(xiàn)場火勢增強，引發(fā)裝置區(qū)內(nèi)的兩臺硝酸儲罐爆炸，并導(dǎo)致與該車間相鄰的55#灌區(qū)內(nèi)的一臺硝基苯儲罐、兩臺苯儲罐發(fā)生燃燒,2020年10月8日星期四3時3

5、2分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,外力與內(nèi)力的關(guān)系,外力是內(nèi)力的誘因 內(nèi)力是外力的表現(xiàn) 化工機械主要研究內(nèi)力 力的機械作用對物體產(chǎn)生兩種效應(yīng)：使物體運動狀態(tài)發(fā)生改變，即外效應(yīng)；使 物體發(fā)生變形 ，即內(nèi)效應(yīng)。 學(xué)會外力分析是學(xué)習(xí)化工機械的關(guān)鍵和基礎(chǔ),2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,第一章 物體的受力分析和靜力平衡方程,基本內(nèi)容：研究力系的簡化和平衡 靜力學(xué)基本概念：力 剛體 平衡 約束和約束反力 分離體和受力圖 分力與合力 力矩 力偶 力系的簡化 平面力系 空間力系,2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,1.1 靜力學(xué)基本概念,力: 物體間

6、的機械作用； 力的三要素：大小 方向 作用點 力是矢量；黑體字母表示,q(x),N,Pa,A,B,2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,F F2,力的基本性質(zhì),可傳性 只適用于剛體 成對性:作用力與反作用力 可合性 可分性 可消性,2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,剛體：在力的作用下，不發(fā)生變形的物體 靜力學(xué)中討論的對象均可視為剛體 平衡：物體處于相對靜止或做勻速直線運動 二力平衡原理：大小相等 方向相反 作用在同一條直線上,加減平衡力系原理力的可傳性,2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,二力構(gòu)件：只受兩個力作

7、用而處于平衡的構(gòu)件 加減平衡力系原理：在剛體上加上或減去一個平衡力系，并不改變原力系對剛體的作用效果 辨析題：若一根桿只受二力作用，則稱它為二力桿,2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,1.2 約束和約束反力,主動力和約束反力互為作用力與反作用力,2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,柔索約束,特點：只能阻止物體沿柔索伸長方向運動,2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,柔索約束,2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,理想光滑平面約束,約束反力通過接觸點并沿改點的公法線方向指向所研究物體,公切

8、線,約束反力,2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,圓柱鉸鏈約束,圓柱鉸鏈約束,可動鉸支座,固定鉸支座,FR,產(chǎn)生通過銷釘中心，沿接觸點公法線方向的約束反力,2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,1.3 分離體和受力圖,受力圖的畫法和注意事項 1、確定研究對象，解除約束，取分離體 2、先畫出作用在分離體上的主動力，再根據(jù)約束的性質(zhì)在解除約束處畫出約束反力 3、畫系統(tǒng)中各物體的受力圖時，要利用相鄰物體間作用力與反作用力之間的關(guān)系。,2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,1.3 分離體和受力圖,分離體：將研究對象從與其聯(lián)

9、系的物體中分離出來（桿 板 塊） 受力圖：表示分離圖及其受力的圖形,F,300,FyA,FxA,A,300,B,FR,例題1：畫出梁的受力圖,2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,例題2 托架受力分析,G,A,B,C,FN,C,A,FyC,FxC,FA,FxC,FB,管,水平桿,支桿,托架,2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,受力圖的畫法和注意事項,確定研究對象，解除約束，取分離體 先畫出作用在分離體上的主動力，再根據(jù)約束的性質(zhì)在解除約束處畫出約束反力 畫系統(tǒng)中各物體的受力圖時，要利用相鄰物體間作用力與反作用力之間的關(guān)系。,2020年10月

10、8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,1.4 力的投影 合力投影定理,力系的簡化和平衡方法：幾何法 解析法 力的合成與分解 力的投影概念：力的兩端向坐標(biāo)軸做垂線得垂足，連接兩個垂足的線段稱為力在坐標(biāo)軸上的投影 規(guī)定與x軸正向夾角為,x,y,B,A,2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,合力投影定理,合力在某一軸上的投影等于各分力在同一軸上投影的代數(shù)和 設(shè)有一力系F1、 F2、 Fn其在直角坐標(biāo)軸上的投影分別為 Fx1、 Fx2、 Fxn， Fy1、 Fy2、 Fyn，該力系的合力為FR, 其在直角坐標(biāo)系的投影為FRx, FRy,2020年10月8日星期四3時

11、32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,例題 受力分析,一簡易起重機裝置，重量G=2kN。試求當(dāng)重物被勻速提升時，桿AB、AC所受的力。,2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,1.5 力矩 力偶,當(dāng)作用力不通過剛體的質(zhì)心或剛體上的固定支點時，力可以使剛體轉(zhuǎn)動。用力矩表示。 力偶可以可作是兩個力矩的耦合。 力矩：力對O點矩是力使物體繞O轉(zhuǎn)動效應(yīng)的度量 力偶：作用在同一物體上等值、反向、不共線的一對平行力,2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,力矩,O為質(zhì)心或固定點，稱為力矩中心，簡稱矩心 d為作用力到矩心的距離 力矩單位,2020年10月8日星期四3

12、時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,力偶的性質(zhì),（1）力偶無合力。 力偶不能用一個力來等效，也不能用一個力來平衡。 可以將力和力偶看成組成力系的兩個基本物理量。 （2）力偶對其作用平面內(nèi)任一點的力矩，恒等于其力偶矩。,2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,力偶的性質(zhì),3）力偶的等效性 力偶的等效性作用在同一平面的兩個力偶，若它們的力偶矩大小相等、轉(zhuǎn)向相同，則這兩個力偶是等效的。 力偶的等效條件： 1）力偶可以在其作用面內(nèi)任意移轉(zhuǎn)而不改變它對物體的作用。即力偶對物體的作用與它在作用面內(nèi)的位置無關(guān)。 2）只要保持力偶矩不變，可以同時改變力偶中力的大小和力偶臂的長短，而不會

13、改變力偶對物體的作用。,2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,M,力偶不能用單獨的一個力來平衡，為什么上圖的輪子又能平衡呢？,2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,1.6 力的平移,把作用在剛體上的一個力，從原位置平移到該剛體的另一個位置。 平移定理：作用在剛體上的力F可以平移到剛體上任一點，但同時必須附加一個力偶，其力偶矩等于等于原力F對新作用點的力矩？,一個力可以和一個力與力偶等效,2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,疑問,力矩與力偶矩的異同？ 都是力與作用距離的乘積 單位相同 都能產(chǎn)生轉(zhuǎn)動效果,2020年10

14、月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,1.7 平面力系的簡化,平面力系：所有力的作用線在同一個平面內(nèi) 平面力系向其作用面內(nèi)任一點簡化的結(jié)果是使原力系簡化為一個通過簡化中心的主矢量和FR一個簡化中心的主矩MO,2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,主矢量與x軸的夾角 Mo平面一般力系的主矩 主矩=各附加力偶矩的代數(shù)和。 Mo=Mo(F1)+Mo(F2)+-+Mo(Fn),2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,簡化的結(jié)果,FR =0, Mo 0 FR0, Mo =0 FR 0, Mo 0 FR=0, Mo =0(平衡力系),FR,MO

15、,2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,固定端約束,A,B,F,MA,FyA,FxA,固定端的約束反力有三個：限制移動的反力FxA、FyA與限制繞嵌入點轉(zhuǎn)動的反力偶MA,2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,合力矩定理,合力矩定理：平面（匯交）力系的合力對平面內(nèi)任一點之矩，等于各分力對同點之矩的代數(shù)和。 證明：在物體上A點作用有平面力系F1、F2合力F可由力系的合成求得。 設(shè) 與x軸的夾角 分別為a1和a2，則它們的力矩 分別為 合力F的力矩為 由合力定理可知 = +,y,O,A,x,F1,F2,2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東

16、理工大學(xué)化工學(xué)院,例題1-4,解：該梁在A點處受力為零，B處為q，呈線性分布，所以當(dāng)取A為坐標(biāo)原點，AB與x軸正向重合，則 合力 合力矩 作用線位置,dx,A,B,q,F,xC,2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,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要條件是：作用于該物體上力系的主矢量和該力系對任一點的主矩都等于零,2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,例題1-8,a,a,a,F,F,FXA,FYA,FYB,FXB,2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,FXA,FYA,C,2020年10月8日

17、星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,求解物體平衡物體的方法和步驟,確定研究對象，取分離體，畫受力圖 選取合適的坐標(biāo)軸，列靜力學(xué)平衡方程。坐標(biāo)軸應(yīng)盡量與較多的力平行或垂直；矩心盡量選擇在未知力作用線的交點上。 解平衡方程，求出未知量。,2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,例題,塔式起重機的結(jié)構(gòu)簡圖如圖所示。設(shè)機架重力 G =500kN ，重心在C點，與右軌相距 a =1.5 m 。最大起吊重量 P =250kN ，與右軌 B 最遠(yuǎn)距離 l =10 m 。平衡物重力為 G1 ，與左軌 A 相距 x =6 m ，二軌相距 b =3 m 。試求起重機在滿載與空載時都

18、不至翻倒的平衡重物 G1 的范圍。 解：空載時以A為力矩中心， 滿載時以B為力矩中心,2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,1.9 空間力系,空間力系：各力作用線不在同一平面內(nèi)的力系 一、力在直角坐標(biāo)軸上的投影 一次投影法：力與三個坐標(biāo)軸的夾角已知 二次投影法：已知力與xy面夾角和投影到xy 平面上力與x軸的夾角。,2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,1.9 空間力系,空間力系：各力作用線不在同一平面內(nèi)的力系 一、力在直角坐標(biāo)軸上的投影,一次投影法,2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,二次投影法,有些時候，需要求

19、某力在坐標(biāo)軸上的投影，但沒有直接給出這個力與坐標(biāo)軸的夾角，而必須改用二次投影法。,o,F,Fx,Fz,Fxy,y,2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,二次投影法:若已知力F與z軸的夾角為，力F 和z軸所確定的平面與x軸的夾角為，可先將力F 在oxy平面上投影， 然后再向x、 y 軸進(jìn)行投影。,o,y,z,F,Fx,Fy,Fz,Fxy,則力在三個坐標(biāo)軸上的投影分別為 ：,x,若已知力在三個坐標(biāo)軸上的投影Fx、Fy、Fz，也可求出力的大小和方向，即 :,2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,力對軸的矩,剛體繞定軸轉(zhuǎn)動,門上作用一力F，使其繞固定軸z轉(zhuǎn)動。Fxy對z軸之矩就是力F對z軸之矩,用Mz（F）表示。則：,2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,2.力對軸之矩,O,Fxy,d,規(guī)定：從z軸正端來看，若力矩逆時針，規(guī)定為正，反之為負(fù)。,A,x,y,Fx,Fy,a,b,= Fx b + Fy a,2020年10月8日星期四3時32分1秒,山東理工大學(xué)化工學(xué)院,2.力對軸之矩,合力矩定理 ：如一空間