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第一篇 力学基础 2

第一章 刚体的受力分析及其平衡规律 2

第一节 力的概念及其性质 2

一、力的概念 2

二、力的基本性质 3

第二节 刚体的受力分析 6

一、约束和约束反力 6

二、刚体受力分析 10

第三节 平面汇交力系的简化与平衡 12

一、平面汇交力系的简化 12

二、平面汇交力系的平衡条件 13

第四节 力矩、力偶、力的平移定理 16

一、力矩的概念 16

二、力偶 16

三、力的平移定理——力与力偶的联系 18

第五节 平面一般力系的简化与平衡 19

一、平面一般力系的简化 19

二、平面一般力系简化结果的分析 20

三、平面一般力系和平面平行力系的平衡方程 22

四、固定端约束的受力分析 24

五、静定与静不定问题的概念 25

习题 25

第二章 金属在外力作用下所显示的机械性能 31

第一节 弹性体的变形与内力 31

第二节 直杆在轴向外力作用下的变形与内力 32

一、线应变 32

二、轴力 32

三、应力 34

四、简单拉伸时横截面上的应力 35

五、简单拉伸和压缩时斜截面上的应力 35

第三节 金属在拉伸和压缩时的机械性能 37

一、低碳钢的拉伸试验及其机械性能 37

二、其它材料的拉伸曲线 43

三、压缩时材料的机械性质 43

四、温度对材料机械性能的影响 44

习题 46

第三章 受拉（压）直杆的强度计算和拉压中的静不定问题 48

第一节 受拉（压）直杆的强度计算 48

第二节 拉压中的静不定问题 52

习题 55

第四章 剪切 57

第一节 剪切近似计算 57

第二节 应用实例 58

一、键的计算 58

二、焊接计算 59

习题 60

第五章 弯曲 62

第一节 弯曲的概念及梁所受的外力 62

一、弯曲的概念与实例 62

二、梁的几何形状和名称 63

三、梁上的外力、梁的支座及分类 64

第二节 梁的内力分析 66

一、从力的平衡看梁中的内力 66

二、从弯曲变形看梁横截面上的弯矩 67

第三节 剪力与弯矩的计算 68

一、剪力 69

二、弯矩 70

三、剪力图和弯矩图 71

第四节 纯弯曲时梁的正应力及正应力强度条件 75

一、变形分析（问题的几何方面） 75

二、正应力分布规律（问题的物理方面） 76

三、曲率的计算 77

四、正应力的计算公式 78

五、截面的Iz与Wz 79

六、正应力的强度条件 80

七、梁的合理截面 85

第五节 直梁弯曲时的剪应力 86

一、矩形截面梁 86

二、工字形截面梁 88

三、环形截面梁 89

四、实心圆截面梁 89

第六节 梁的变形 89

一、梁的挠度和转角 90

二、梁的弹性曲线 90

三、梁的刚度校核 92

四、弯曲中最简单的静不定问题 93

习题 95

第六章 扭转 99

第一节 圆转扭转时所受外力的分析与计算 99

第二节 纯剪切 剪切虎克定律 101

一、纯剪切 101

二、角变形（剪应变） 102

三、剪切虎克定律 103

第三节 圆轴扭转时的变形与内力 103

一、变形分析 103

二、应力分布 104

三、内力矩——扭矩 104

四、剪应力的计算公式 105

五、扭转角的计算 106

第四节 圆轴扭转时的强度条件与刚度条件 107

一、圆轴扭转时的强度条件 107

二、圆轴扭转时的刚度条件 107

第五节 拉伸、弯曲、扭转的比较 110

习题 111

第七章 复杂应力状态及强度理论 114

第一节 应力状态 115

一、一点处的应力状态 115

二、三种应力状态 116

第二节 二向应力状态分析 117

一、二向应力状态下斜截面上的应力 117

二、应力圆 119

三、主应力的数值和主平面的位置 122

四、最大剪应力 124

第三节 强度理论 124

一、强度理论的概念 125

二、材料的两类破坏形式 125

三、三个基本的强度理论 125

第四节 强度理论的应用 129

一、扭弯组合的强度计算 129

二、许用剪应力的确定 131

习题 132

第二篇 材料 135

第八章 化工设备材料 135

第一节 金属材料的一般性能 135

一、材料的物理性能 135

二、材料的机械性能 136

三、材料的化学性能 137

四、材料的工艺性能 138

第二节 金属的晶体结构 139

一、金属原子结构的特点与金属键 139

二、金属的晶体结构 140

第三节 碳钢和铸铁 141

一、碳钢与铸铁的化学成分和组织结构 141

二、铁碳平衡状态图 142

三、过冷奥氏体的恒温转变 144

四、钢的热处理 146

五、碳钢的分类、牌号、规格与品种 148

六、碳钢的性能和用途 149

七、铸铁 151

第四节 合金钢 154

一、概述 154

二、普通低合金钢 154

三、合金结构钢（YB6—71） 155

四、不锈钢与不锈耐酸钢 156

五、耐热钢（GB1221—75） 158

第五节 有色金属及其合金 158

一、铜及其合金 158

二、铝及其合金 159

三、铅 160

第六节 非金属材料 160

一、有机非金属材料 160

二、无机非金属材料 164

第七节 金属的腐蚀与防护 165

一、腐蚀的定义及分类 165

二、常见的几种腐蚀及其控制方法 166

习题 171

第三篇 机械传动 175

第九章 带传动 175

第一节 概述 175

一、平型带 175

二、三角带 175

三、同步齿形带 176

第二节 带传动工作情况的分析 176

一、带的受力分析 176

二、带的弹性滑动和打滑 177

三、带的应力分析 179

第三节 三角胶带传动的设计 180

一、设计准则和单根三角胶带的许用功率值 180

二、原始数据及设计内容 180

三、设计步骤和方法 180

第四节 三角带带轮设计 186

一、一般要求 186

二、带轮的材料 186

三、带轮的结构 186

第五节 三角带传动的使用和维护 190

习题 191

第十章 齿轮传动 192

第一节 圆柱齿轮传动 192

一、齿廓啮合基本定律 192

二、渐开线的形成及其特性 193

三、渐开线齿廓能保证定传动比传动 193

四、渐开线齿廓啮合的几个性质 194

五、直齿圆柱齿轮各部分名称及标准直齿圆柱齿轮的基本尺寸的确定 195

六、渐开线齿轮正确啮合的条件和连续传动的条件 197

七、轮齿的失效形式 198

八、齿轮材料 200

九、直齿圆柱齿轮的强度计算 202

十、变位齿轮简介 210

十一、标准斜齿圆柱齿轮传动介绍 213

十二、圆弧齿轮传动简介 215

第二节 圆锥齿轮传动 216

一、直齿圆锥齿轮的齿廓曲线和当量齿数 216

二、直齿圆锥齿轮传动的几何参数和尺寸计算 218

第三节 蜗杆传动 219

一、阿基米德蜗杆传动 219

二、蜗杆传动的正确啮合条件 220

三、蜗杆传动的主要几何关系 220

四、蜗杆传动的滑动速度 222

第四节 减速器 223

一、普通减速器的主要类型 223

二、圆柱齿轮减速器的标准系列 225

三、普通圆柱蜗杆减速器（Q/ZB125-73） 226

四、减速器的选择 227

习题 229

第十一章 滑动轴承 231

第一节 概述 231

第二节 滑动轴承的结构 231

一、向心滑动轴承的主要结构类型 231

二、推力滑动轴承的结构 232

第三节 轴瓦的材料和结构 233

一、轴瓦的材料 233

二、轴瓦的结构 234

第四节 非液体摩擦滑动轴承的校核计算 236

一、向心滑动轴承的校核计算 236

二、推力滑动轴承的校核计算 237

第五节 滑动轴承的润滑 238

一、润滑剂的种类和性能 238

二、润滑剂的选择 239

三、润滑方式 239

第六节 液体摩擦滑动轴承简介 240

一、动压轴承 240

二、静压轴承 240

第七节 气体润滑轴承简介 240

习题 241

第十二章 滚动轴承 242

第一节 滚动轴承的结构、类型及其代号 242

一、滚动轴承的结构 242

二、滚动轴承的类型 242

三、滚动轴承的代号 244

第二节 滚动轴承的选择 246

一、滚动轴承类型的选择 246

二、滚动轴承尺寸的选择 247

第三节 滚动轴承的组合设计 253

一、轴承的安装和固定 253

二、保证支承部分的刚度和同心度 254

三、滚动轴承的配合 254

四、润滑和密封 255

第四节 特殊工作条件下的滚动轴承简介 256

一、高速轴承 256

二、高温轴承 256

习题 259

第十三章 联轴器和离合器 260

第一节 概述 260

第二节 联轴器 260

一、固定式刚性联轴器 260

二、可移式刚性联轴器 261

三、弹性联轴器 264

第三节 离合器 266

一、牙嵌离合器 256

二、摩擦离合器 267

三、具有特殊功用的离合器 269

习题 270

第十四章 轴 271

第一节 概速 271

一、轴的分类 271

二、轴的材料 271

三、轴的设计中所要解决的主要问题 272

第二节 轴的结构设计 272

一、零件在轴上的周向固定 272

二、零件在轴上的轴向固定 273

三、轴的结构工艺性 273

四、提高轴强度的一些结构措施 274

第三节 轴的强度计算 275

一、按扭转强度条件计算 275

二、按弯扭组合强度条件计算 276

第四节 轴的刚度计算 281

一、轴的弯曲刚度校核计算 281

二、轴的扭转刚度校核计算 281

习题 281

第四篇 容器设计 283

第十五章 容器概述 283

第一节 容器的结构 283

第二节 容器的分类 283

一、容器形状 283

二、承压性质 285

三、结构材料 285

四、监督管理 285

第三节 容器机械设计的基本要求 285

第四节 容器标准 286

一、标准的分类 286

二、公称直径和公称压力 287

第十六章 回转壳体的薄膜应力理论 289

第一节 回转薄壳的几何概念 289

第二节 回转薄壳的薄膜应力分析 290

一、经向薄膜应力分析 290

二、环向薄膜应力分析 291

第三节 薄膜应力理论的应用 293

一、圆柱壳 293

二、球壳 293

三、椭球壳 293

四、锥形壳 296

第四节 承受液体介质压力壳体的薄膜应力 298

一、安放在地面上的盛有液体的圆柱形壳体 298

二、吊装在立柱上的盛有液体的圆柱形壳体 299

第五节 无力矩理论与有力矩理论 300

习题 300

第十七章 内压圆筒与球壳的设计 302

第一节 内压圆筒的强度计算 302

第二节 球壳的强度计算 304

第三节 设计参数的确定 304

一、设计压力 304

二、设计温度 305

三、钢板的选用及其许用应力的确定 305

四、焊缝系数 308

五、壁厚附加量 308

第四节 内压圆筒的边界应力 310

第五节 容器的最小壁厚 311

习题 312

第十八章 压力容器的应力分类及对各类应力的限制 313

第一节 压力容器的应力分类 313

一、一次应力 313

二、二次应力 314

三、峰值应力 315

第二节 极限设计法 315

一、极限载荷、极限应力和极限设计法的概念 315

二、极限弯矩与极限应力的计算 315

三、塑性失效准则 317

第三节 安定准则 317

一、问题的提出 317

二、安定的概念 318

三、保持安定的极限应力及二次应力的强度条件 320

第四节 峰值应力的限制问题 321

习题 322

第十九章 内压容器的封头设计 324

第一节 凸形封头 324

一、半球形封头 324

二、半椭球封头（又称椭圆形封头） 326

三、碟形封头 328

四、无折边球形封头 329

五、凸形封头的选用 332

第二节 锥形封头 335

一、不带折边的锥形封头 335

二、带折边的锥形封头 342

第三节 平板封头 347

一、承受均布载荷圆形平板的内力分析 347

二、平板形封头 349

习题 351

第二十章 压力容器开孔与接管附近的应力计算 353

第一节 受拉平板上小孔边缘处的应力 353

一、开有小圆孔的平板 353

二、开有椭圆孔的平板 355

第二节 容器壳体上开小孔时所造成的应力集中 356

一、球壳上开小圆孔 356

二、圆柱壳体上开小圆孔 356

三、壳体上开小椭圆孔 357

第三节 开孔接管处应力集中系数的计算 357

一、壳体曲率半径与壳体上安装接管对应力集中系数的影响 357

二、应力集中系数曲线 359

第四节 开孔补强设计 363

一、补强结构 363

二、补强准则及其计算方法 365

三、允许不另行补强的最大孔径 368

习题 372

第二十一章 热应力 374

第一节 热变形受到完全限制时产生的热应力 375

一、化工管路中的热应力 375

二、矩形平板中的热应力 375

第二节 刚性连接的两个构件之间存在温差时产生的热应力 376

一、固定管板列管式换热器中的热应力 376

二、法兰连接中螺栓内的热应力 379

第三节 处于非均匀温度场中的热应力 380

习题 381

第二十二章 压力容器零部件标准的选用 382

第一节 法兰 382

一、法兰联接的密封原理 382

二、法兰密封面的型式 382

三、法兰联接受力分析 383

四、法兰标准 385

第二节 支座 397

一、卧式容器的支座 397

二、立式容器的支座 399

第三节 接口管与凸缘 403

一、物料的进出口接管 403

二、自控测量仪表接口 408

三、凸缘 409

第四节 人孔与手孔 410

第五节 视镜与液面计 412

一、视镜 412

二、液面计 412

第六节 安全阀与防爆装置 413

一、安全阀 413

二、爆破片 415

习题 417

第二十三章 压力容器中的焊接结构 418

第一节 焊缝的基本型式 418

一、对接接头 418

二、角接接头和T形接头 419

三、搭接接头 420

第二节 焊接应力与变形 420

一、压力容器纵焊缝与环焊缝中的残余应力 420

二、压力容器管接头处的残余应力 422

第三节 容器的焊接结构设计 422

习题 424

第二十四章 压杆稳定与外压容器 425

第一节 关于稳定的概念 425

一、问题的提出 425

二、压杆稳定性的概念 425

三、外压容器的稳定问题 426

第二节 压杆的临界载荷 427

一、理想压杆的临界载荷 427

二、临界应力 欧拉公式的适用范围 428

三、柔度＜λp的压杆临界应力的计算 430

第三节 压杆稳定的实用计算 431

第四节 外压圆筒的临界压力 435

一、影响临界压力的因素 435

二、临界压力的数学表达式 436

第五节 外压圆筒的设计方法 437

一、为什么采用图算与计算相结合的方法 437

二、算图的由来 437

三、外压圆筒的壁厚计算方法 441

四、圆筒的轴向稳定校核 445

第六节 加强圈设计 447

一、加强圈间距 447

二、加强圈尺寸 448

三、加强圈与筒体的联接 453

第七节 外压封头设计 453

一、外压凸形封头 453

二、外压锥形封头 455

三、内压凸形封头的失稳 456

习题 457

第二十五章 容器设计举例及容器的压力试验 459

第一节 容器设计举例 459

一、罐体 459

二、封头 459

三、鞍座 459

四、人孔 460

五、人孔补强 460

六、接口管 462

七、设备总装配图 464

第二节 容器的压力试验 464

第二十六章 典型化工设备图例 467

一、反应釜 467

二、板式精馏塔 471

三、填料吸收塔 473

四、余热蒸汽发生器 476

五、冷凝器 479

附录 480

一、型钢规格表 480

二、管法兰的结构图及数据表 486

三、鞍式支座 498

四、焊缝的有关规定 503

五、封头尺寸 505

六、钢板的其它参数 508

习题答案 509

主要参考文献 515