《化工設備機械基礎》教學大綱.doc

化工（制藥）設備機械基礎教學大綱課程名稱：化工（制藥）設備機械基礎課程類型：必修課總 學 時： 45 講課學時：45 學分：2.5學分適用專業(yè)：化學工程與工藝 制藥工程 先修課程：大學物理、畫法幾何、機械制圖一、課程的性質、目的和任務化工（制藥）設備機械基礎是一門非機械類專業(yè)的重要的技術基礎課，授課對象為化學工程與工藝和制藥工程等專業(yè)，通過本課程的教學，要求學生對桿件類工程材料的強度、剛度和穩(wěn)定問題有明確的基本概念，必要的基礎知識，一定的工程實際計算能力以及初步的分析能力和實踐能力，使學生掌握化工設備基本常識、壓力容器的基本理論、壓力容器的設計規(guī)范、簡單壓力容器的設計，把學生培養(yǎng)成既懂工藝又懂設備的化工（制藥）工程技術人員，為學習后續(xù)課程以及工程技術提供必要的基礎。二、教學基本要求通過本課程的教學，要求學生掌握工程力學方面的基礎知識、材料的性能及各類材料的特點；學會化工設備材料的選擇方法；掌握內壓薄壁容器常見筒體封頭的應力計算和強度設計，理解容器機械設計的基本要求和方法，了解外壓圓筒及容器零部件的強度設計及標準選用，理解設備結構與分類，了解附件的結構與作用。 三、課程教學內容及教學基本要求教學內容教學要求第一篇 靜力分析第一章 基本概念受力圖剛體的概念，力的概念，平衡的概念，約束與約束力。物體的受力分析受力圖要求了解靜力學分析中所用的力學模型是剛體，理解剛體的概念。要求理解力的概念，掌握力的三要素。要求掌握二力平衡條件，不平行的三力平衡條件，加減平衡力系原理。要求了解什么叫約束以及被約束物體；掌握幾種典型的約束及其約束性質，約束反力。要求掌握物體受力分析，會畫物體受力圖。第二章 簡單力系平面匯交力系的簡化與平衡條件，力偶平面力偶系的簡化與平衡條件要求理解平面匯交力系的概念；掌握平面匯交力系的簡化及其平衡條件，合力投影定理，如何求解平面匯交力系的平衡問題。要求理解力對點之矩，力偶與力偶的性質；掌握平面力偶系的簡化及其平衡條件，如何求解平面力偶系的平衡問題。第三章 平面任意力系力向一點平移，平面力系的簡化，平面力系的平衡條件要求掌握力向一點平移定理。要求掌握平面任意力系的概念；掌握平面任意力系的簡化，合力矩定理，固定端約束。要求掌握平面任意力系的平衡條件，如何求解平面任意力系的平衡問題。第二篇 材料力學第四章 軸向拉伸與壓縮拉、壓桿的內力與應力，拉、壓桿的強度計算，拉、壓桿的變形計算，材料在拉伸、壓縮時的機械性能，*拉、壓桿的簡單靜不定問題。要求了解軸力和應力的概念，掌握軸力圖的畫法，掌握拉、壓桿的應力計算。要求掌握拉、壓桿的強度條件以及三類強度問題。要求掌握胡可定律，拉、壓桿的變形計算，應力應變關系。要求了解低碳鋼和鑄鐵材料在拉伸時的力學性能、理解相應的強度指標和塑性指標，應力應變曲線，了解低碳鋼和鑄鐵材料在壓縮時的力學性能，了解應力集中的概念，溫度等因素對材料機械性能的影響。*解決此類問題的關鍵是正確分析并建立變形協(xié)調條件，要弄清解決超靜定問題的方法和步驟，使學生初步了解材料力學是如何處理問題的。第五章 扭轉引言，外力偶矩扭矩扭矩圖，圓軸扭轉時橫截面上的應力分析，圓軸扭轉時的強度計算，圓軸扭轉時的變形與剛度計算要求理解什么是軸的扭轉變形。要求了解外力偶矩和扭矩的概念，掌握扭矩圖的畫法。要求了解純剪切的概念，圓軸扭轉時應力計算公式的導出；掌握剪切虎克定律，剪應力互等定理；掌握圓軸扭轉時的應力計算。要求掌握圓軸扭轉時的強度計算。要求了解相對扭轉角和單位長度扭轉角的概念；掌握圓軸扭轉時的變形和剛度計算方法。第六章 彎曲應力分析與強度計算引言，梁的內力剪力與彎矩，純彎梁橫截面上的正應力分析，純彎應力公式的應用，彎曲強度計算，彎曲應力與強度計算例題要求了解工程中的彎曲問題；理解平面彎曲。要求了解剪力和彎矩的概念，熟練掌握計算指定截面上的剪力和彎矩的方法，弄清剪力和彎矩的正負規(guī)定；能夠根據(jù)剪力方程和彎矩方程繪制剪力圖和彎矩圖。能夠熟練應用剪力、彎矩和分布載荷集度之間的關系來繪制或檢查剪力圖和彎矩圖。要求了解純彎曲、橫力彎曲、平面彎曲、中性層、中性軸的概念；了解純彎曲時正應力公式的推導過程。掌握純彎曲正應力計算公式。要求了解純彎曲時正應力公式的使用條件和適用范圍。要求掌握彎曲強度計算及其強度計算的三類問題。要求掌握彎曲應力與強度計算問題的解題方法，一般步驟，解題技巧。第三篇 壓力容器部分第七章 壓力容器概述容器的結構與分類，容器機械設計的基本要求，容器的標準化設計，化工容器常用金屬材料的基本性能要求掌握常用的壓力容器基本結構和基本分類方法。要求了解壓力容器機械設計的基本要求。要求了解壓力容器設計方面的標準化設計方法。要求了解壓力容器常用材料的基本性能。第八章 內壓薄壁容器設計基礎回轉殼體的幾何特征回轉殼體薄膜應力分析，典型回轉殼體的應力分析，內壓圓筒邊緣應力的概念要求對回轉殼體的幾何特征求有所了解，理解第一與第二曲率半徑。要求對回轉殼體薄膜應力分析方法有所了解。要求對典型回轉殼體的應力分析有所了解。要求了解邊緣應力的概念。第九章 內壓薄壁圓筒和球殼設計概述，內壓薄壁圓筒和球殼強度計算，容器的壓力試驗要求對壓力容器的設計有個全面的了解。要求掌握圓筒和球殼容器的強度計算方法。要求對壓力容器壓力試驗的概念、要求、方法有所了解。第十章 內壓容器封頭的設計凸形封頭，堆形封頭，平板封頭，封頭的結構特性及選擇要求對壓力容器凸形封頭的設計有所了解。要求對壓力容器堆形封頭的設計有所了解。要求對壓力容器平板封頭的設計有所了解。要求理解壓力容器封頭的結構特性和選擇方法。第十一章 外壓容器設計基礎概述，臨界壓力，外壓容器設計方法及要求，外壓球殼與凸形封頭的設計，加強圈的作用與結構要求了解壓力容器外壓失穩(wěn)、圓筒失穩(wěn)形式的分類。要求了解臨界壓力、長短和剛性圓筒的概念，了解長、短圓筒和剛性圓筒臨界壓力的理論計算公式，了解影響理解壓力的因素。要求掌握外壓圓筒厚度設計方法的步驟。要求了解外壓球殼與凸形封頭的設計方法。要求對加強圈的作用與結構有所了解。第十二章 容器零部件法蘭連接，容器支座，容器的開孔補強，容器附件要求對法蘭連接的結構、法蘭結構的分類、影響法蘭密封的因素、法蘭標準、法蘭選用有所了解。要求對臥式容器支座、立式容器支座有所了解。要求對開孔補強的設計原則與補強結構、適用的開孔范圍、不另行補強的最大開孔直徑、等面積補強的設計方法有所了解。要求對接管、凸緣、手孔、人孔、視鏡、液面計、設備吊耳有所了解。第四篇 機械傳動部分第十三章 帶傳動概述，帶傳動的基本理論，帶傳動的設計，帶輪的結構及張緊裝置要求對帶傳動的類型和優(yōu)缺點有所了解。要求掌握帶傳動的受力分析、應力分析，了解帶的彈性滑動和失效形式與設計準則。要求了解帶傳動的設計過程。要求對帶輪的結構及張緊裝置有所了解。第十四章 齒輪傳動概述，齒廓嚙合基本定理和漸開線齒廓的特點，齒輪的失效形式和材料選擇，直齒圓柱齒輪傳動的強度計算要求對齒輪傳動的分類和優(yōu)缺點有所了解。要求掌握齒廓嚙合基本定理和漸開線齒廓的特點。要求了解齒輪失效的主要形式和失效原因及齒輪材料。要求了解齒輪傳動的受力分析、計算載荷和輪齒的接觸疲勞強度計算。四、課程教學的重點和難點第一篇 靜力分析第一章 基本概念受力圖本章重點是靜力學公理，約束及約束反力的概念，物體受力分析及受力圖。本章難點是：約束反力的確定以及物體受力分析。第二章 簡單力系本章重點是平面匯交力系及其平衡條件，平面力偶系及其平衡條件，如何求解平面簡單力系的平衡問題。本章難點是平面力偶系及其平衡條件。第三章 平面任意力系本章重點是平面任意力系的簡化和平衡條件，會求解平面任意力系的平衡問題，求解未知力。本章難點是平面任意力系的平衡問題。第二篇 材料力學通過學習本篇，使學生對構件的強度、剛度和穩(wěn)定性問題有所認識。對材料的基本變形形式有初步的了解。掌握內力 應力的基本概念和求內力的基本方法截面法。第四章 軸向拉伸與壓縮本章重點是拉、壓桿的內力，應力和變形，胡克定律，材料的力學性能，應力集中的概念。本章難點是拉壓超靜定問題。第五章 扭轉本章重點是剪切虎克定律，剪應力互等定理，圓軸扭轉時的內力、應力和變形的計算及圓軸扭轉時的強度條件和剛度條件。本章難點是扭矩圖的畫法、圓軸扭轉時的強度計算和剛度計算。第六章 彎曲應力分析與強度計算本章重點是繪制剪力圖和彎矩圖，彎曲正應力及按正應力進行強度計算。本章難點是繪制剪力圖和彎矩圖，彎曲正應力及按正應力進行強度計算。第三章 壓力容器部分第七章 概述本章重點是壓力容器的結構與分類。第八章 內壓薄壁容器設計基礎本章的重點內容是：掌握典型壓力容器的應力分析。本章的難點是回轉殼體薄膜應力分析。第九章 內壓薄壁圓筒和球殼設計本章的重點內容是：內壓薄壁圓筒和球殼的強度計算。第十章 內壓容器封頭的設計本章的重點內容是：封頭的結構特性及其選擇。第十一章 外壓容器設計基礎本章的重點內容是：外壓容器的設計方法。第十二章 容器零部件本章的重點內容是：法蘭連接。第四篇 機械傳動部分第十三章 帶傳動本章重點：帶傳動的優(yōu)缺點。本章難點：帶傳動的受力分析、應力分析。第十四章 齒輪傳動本章重點：齒輪傳動的優(yōu)缺點，齒廓嚙合基本定理和漸開線齒廓的特點。本章難點：齒輪傳動的受力分析、應力分析。五、實踐環(huán)節(jié) 獨立開課六、教學內容學時分配一覽表教學內容理論學時實踐學時建議的教學組織形式、方法、手段緒論及第一章 基本概念受力圖2講課第二章 簡單力系2講課第三章 平面任意力系3講課，習題課第四章 軸向拉伸與壓縮4講課，習題課第五章 扭轉4講課，習題課第六章 彎曲應力分析與強度計算4講課，習題課第七章 壓力容器概述2講課第八章 內壓薄壁容器設計基礎4講課第九章 內壓薄壁圓筒和球殼設計4講課，習題課第十章 內壓容器封頭的設計2講課第十一章 外壓容器設計基礎4講課第十二章 容器零部件2講課第十三章 帶傳動4講課第十四章 機械傳動4講課合計45七、考核方式1本課程為必修考試科目；2本課程采用總評成績評定方法，期末考試卷面成績占70%，平時成績占30%。八、參考書目1建議教材化工設備機械基礎，化工出版社，趙軍等編，第一