《化工设备机械基础》课程教学大纲 课程名称：化工设备机械基础 课程类型: （专业基础课） 总 学 时： 45 讲课学时：45 学分：2.5 适用对象:生物工程、化学工程 先修课程：画法几何、机械制图 一、课程性质、目的和任务 本课程是生物工程、化学工程等的一门化工机械类课程，属于技术基础课。其任务是使学生获得必要化工设备设计及使用的相关知识。本门课程主要内容：工程力学方面的基础知识；化工设备常用材料方面的基础知识；化工容器（特别是薄壁容器）和设备方面的机械知识；机械传动方面的基础知识；内、外压容器的设计原则，中、低压设计的一般方法，容器选配法兰、支座、人孔等零部件及标准件。同时在教学活动中，使学生逐步深化工程意识，尽量缩短工程应用与课堂学习之间的差距；明确自己所学专业在整个化工装置中所占地位与作用，进而增强求知欲望以及各专业配合工作的能力。采用多媒体的教学模式，扩大学生的思维空间，提高学生的学习效果和创新能力。 二、教学基本要求 通过本课程的教学，要求学生掌握工程力学方面的基础知识、材料的性能及各类材料的特点；学会化工设备材料的选择方法；掌握内压薄壁容器常见筒体封头的应力计算和强度设计，理解容器机械设计的基本要求和方法，了解外压圆筒及容器零部件的强度设计及标准选用，理解设备结构与分类，了解附件的结构与作用。  三、教学内容及要求 教学内容 教学要求 绪论：课程主要内容、目的、要求和性质。 第一章 静力学基础 力的概念及力的性质，二力平衡原理、加减平衡力系原理、力的可传性、力的平行四边形法则及作用力与反作用定律，举例说明。 约束形式：柔性约束；光滑接触面约束；固定铰链支座约束；活动铰链支座约束；固定端约束及其约束反力的确定。举例说明。 熟练掌握二力平衡原理和加减平衡力系原理和力的可传性。 了解不同约束形式，掌握不同的约束反力的确定方法。 第二章 平面汇交力系 平面汇交力系的介绍及力系平衡及其求解方法。 举例说明。 掌握：掌握平面汇交力系合成的基本方法 第三章 平面一般力系 力矩与力偶的概念、力的平移定理； 力偶系、平面一般力系、平面汇交力系的平衡问题，举例说明。 熟练地掌握平衡条件解决力偶系问题。 掌握力线平移定理及平面一般力系向点简化过程，应用平衡条件解决平面一般力系问题。 第四章 直杆的轴向拉伸与压缩 材料力学的任务和研究对象； 轴向拉伸与压缩的内力与应力的确定； 杆件受拉压的强度条件与变形情况； 应用虎克定律求解轴向与横向的变形大小； 拉伸与压缩的受力情况及其应力分布状况。 材料拉伸和压缩时机械性质及其测定。 了解构件变形的基本形式；掌握构件受到拉伸或压缩时受力特点和变形特点；掌握利用截面法求解内力及其应力并进行强度校核。掌握应用虎克定律求解构件变形情况。掌握常用材料的机械性质，了解其他金属材料拉伸时的机械性质。了解温度、交变应力对材料机械性质及应力的影响。 第五章 剪切与扭转 剪切变形的特点；剪切和挤压强度条件。 扭转受力、扭转力矩的特点，传动轴外力矩的计算方法。 扭转时内力：扭矩大小与方向的确定及扭矩图。 纯剪切与剪切虎克定律的计算与应用。 圆轴扭转时的强度条件与刚度条件的应用；举例说明。 了解构件受剪切与扭转力及变形特点， 掌握截面法确定扭转时的内力、截面极惯性矩和抗扭截面模量、剪应力计算、应力分布规律。 第六章 平面弯曲 梁的支座形式、不同支座的支反力的绘制及用截面法求取弯曲时的内力大小的方法； 平面弯曲的应力计算公式及常用横截面（矩形、实心圆、空心截面）的惯性矩与抗弯截面模量的求解方法。 梁的挠度和转角的概念，应用梁的挠曲线近似微分方程，采用用叠加法求出粱的变形。校核梁刚度条件。提高梁弯曲强度的主要途径和提高粱弯曲刚度的主要途径。 掌握正确判断剪力与弯矩的方向，能绘制剪力图，弯矩图。 掌握梁受力弯曲时内力的求解方法、常用横截面的惯性矩和抗弯截面模量的计算。 应用剪力和弯矩方程解决梁受载弯曲问题。 第七章 复杂应力状态及强度理论 三向应力状态下一点的最大剪切力及广义虎克定律、强度理论。 应用第三强度理论求解弯曲与拉、压的组合变形的强度计算。 举例说明组合变形的计算：应用强度理论对弯曲与拉伸的组合变形、弯曲与压缩的组合变形、扭转与弯曲的组合变形的计算和设计。 了解应力状态类型，掌握三向应力状态下一点的最大剪切力及广义虎克定律。 熟悉应力图，主应力和最大剪应力，强度理论。 了解组合变形的主要形式，掌握几种组合变形的强度计算。 第八章 带传动 带传动的类型、重要技术参数。 带传动受力情况；带的弹性滑动现象丧失原因。传动比的计算。 带传动的失效形式及产生后果，掌握带传动与设计准则和阻止方法。 了解带传动的重要技术参数、带传动受力情况、带的弹性滑动现象丧失原因及产生后果。 掌握传动比的计算。 第九章 齿轮传动 齿轮传动基本参数、受力情况。 齿轮传动的基本定律、渐开线齿廓满足齿廓啮合的基本定律；渐开线标准齿轮的啮合条件和传动比的计算。 齿轮的材料制造，齿轮的受力分析，失效形式。 了解齿轮传动的特点、适用场合、直齿圆柱齿轮各部分的意义。 掌握一对渐开线齿轮正确的齿合条件、失效形式。 第十章 蜗杆传动 蜗杆传动的主要参数、几何尺寸、受力分析。 蜗杆传动的滑动速度、效率、强度、传动比计算。 蜗杆和蜗轮的结构。 了解蜗杆传动的主要参数，蜗杆、蜗轮构造、蜗轮传动的类型； 掌握其传动比的计算。 第十一章 轮系与减速器 轮系：定轴轮系、周转轮系 定轴轮系传动比的计算 动轴轮系传动比的计算； 普通减速器的类型和特点。 了解轮系的功用和类型，掌握定轴轮系传动比、动轴轮系传动比的计算。 第十二章 化工设备材料 化工设备材料的种类、机械性能、编号、用途。 钢的热处理方法及其处理后对机械性能的影响。 合金钢：合金元素在合金钢中的作用、合金钢的分类和牌号所代表意义及其不同品种的性能。 常用的有色金属材料的性能及其应用。 了解碳钢与铸铁、有色金属和非金属材料的分类、机械性能指标、化学成分含量。 掌握化工设备材料选用的原则、几种常用化工设备材料的牌号、性能、用途； 掌握常用金属材料热处理的方法和作用。 第十三章 内压容器设计 容器的结构、分类，容器的零部件标准，压力容器的标准简介。 薄壁容器设计的理论基础、基本方程式的应用。 受气体内压的壳体的受力分析及强度计算： 圆筒形壳体 2．球形壳体 3．圆锥形壳体 4．椭圆形壳体 设计计算中设计参数、容器厚度设计计算； 举例说明。 半球形封头、半球形封头、碟形封头、 锥形封头、平板封头厚度计算公式。 了解容器结构和类型，掌握容器机械设计基本要求。 掌握依据强度条件计算容器壁厚的公式、其它因素对厚度计算的影响。 了解不同类型封头的结构。 第十四章 化工设备通用零部件介绍 化工设备通用零部件、设备支座介绍： 法兰联接结构与密封原理；法兰的分类； 影响法兰密封的因素；法兰标准及选用； 容器支座：卧式容器的支座；立式容器的支座。 容器的开孔与附件：容器的开孔与补强；手孔与人孔；视镜与液面计 了解认识法兰的结构、种类、密封原理和法兰标准。 了解认识压力容器上的零部件。 四、课程的重点和难点 第一章 静力学基础 重点：约束与反约束力的确定方法。必须熟练掌握绘制受力图。 难点：受力分析与受力图的画法。 第二章 平面汇交力系 重点：掌握平面汇交力系的合成方法和平衡条件。 第三章 平面一般力系 重点：平面力偶系、平面一般力系的合成和平衡条件 难点：灵活应用平面一般力系平衡条件解决问题.。 第四章 直杆的轴向拉伸与压缩 重点：材料的机械性质，应用其性质合理选用化工材料设备 难点：受到拉伸或压缩时杆件的强度条件与变形计算。 第五章 剪切与扭转 重点：扭转力矩的计算、扭矩方向的确定、绘制扭矩图及剪切虎克定律的公式的应用;圆轴扭转时的强度条件与刚度条件。 难点：极惯性矩和抗扭截面模量的计算；依据刚度条件进行轴径设计。 第六章 平面弯曲 重点：弯曲变形的基本公式及抗弯截面模量的计算。 梁的挠曲曲线方程及梁的变形计算。 应用弯曲正应力的强度条件来解决工程设计问题。 难点：弯曲变形的基本公式及抗弯截面模量的计算。 第七章 复杂应力状态及强度理论 重点：第三强度理论解决复杂应力情况下的强度计算。 难点：弯曲与拉、压的组合变形及扭转与弯曲的组合变形的强度计算。 第八章 带传动 重点：带传动设计准则及阻止产生失效的措施。难点：带传动的受力分析及应力计算。 第九章 齿轮传动 重点：掌握齿轮传动及计算化工机械设备[精选]doc。 难点：齿轮传动受力分析。 第十章 蜗杆传动 重点：蜗轮蜗杆传动的传动比计算 难点：蜗轮蜗杆传动受力分析。 第十一章 轮系与减速器 重点：掌握定轴轮系、动轴轮系计算。 难点：动轴轮系。 第十二章 化工设备材料 重点：常用设备材料的机械性能，钢热处理的几种方法及其机械性能。 难点：钢热处理的几种方法及其机械性能。 第十三章 内压容器设计 重点：受气体内压作用的不同类型的回转薄壁壳体的受力分析、应力。 难点：应力分析、厚度附加量的计算。 第十四章 化工设备通用零部件介绍 重点：公称直径、公称压力、化工设备通用零部件 难点：法兰密封原理、选型。 五、实践环节 独立开课。 六、各教学环节学时分配 讲课 习题课 讨论课 实验 其他 合计 第一章 3 1 4 第二章 1 1 第三章 2 2 第四章 2 1 3 第五章 5 1 6 第六章 4 1 5 第七章 2 1 3 第八章 2 2 第九章 2 2 第十章 2 2 第十一章 2 1 3 第十二章 3 3 第十三章 4 1 5 第十四章 2 2 总结复习 2 2 合计 38 7 45 六、考核方式 期末笔试 七、推荐教材和教学参考书 教 材：《化工设备机械设计基础》科学出版社 潘永亮 刘玉良，2005年。 参考书：《化工设备机械基础》大连理工大学出版社.刁玉玮.王立业.喻健良，2006年12月。 《化工设备机械基础》化学工业版社 董大勤，2003年11月。 八、说明 大纲制订人：黄惠莉 魏从容 制订日期：2009.09.01 4

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