1、1机械设计基础课程期末考试卷 B参考答案和评分标准（适用班级 D06 储运）1、有一对外啮合渐开线标准直齿圆柱齿轮传动，两轮中心距 a=276mm，小齿轮齿顶圆直径 da1=70mm，小齿轮齿数 Z1=33，试求大齿轮分度圆直径。 （10 分）解：由于这是一对一对外啮合渐开线标准直齿圆柱齿轮传动，所以各项参数都取标准值。根据 a=1/2（Z 1+Z2）m （1） （4 分）da1=（Z 1+2）m （2） （4 分）把 da1=70mm，Z 1=33 代入（2）式，得 m=2mm把 a=276mm，Z 1=33，m=2mm 代入（1）式，得 Z2=243 大齿轮分度圆直径 d2=mZ2=224
2、3=486mm （2 分）2、某工厂脱水塔塔体内径为 700mm，壁厚为 12mm，工作温度为 180，压力为 2MPa，材料为 20R。塔体采用手工电弧焊，局部探伤，壁厚附加量为 C=2mm，试校核塔体水压试验强度。 （15 分）（20R 在20下=133MPa，150下 =132MPa，200下=123MPa，s=245MPa）解：已知 Di=700mm， t=180， Pc=1.12=2.2MPa， n=12mm， 20 =133MPa， 180=126.6MPa（内插法） ，=0.8 ，C=2mm 。 （2 分）根据水压试验应力公式（4 分）（2 分） e= n-C =12-2=10m
3、m代入得（2 分）MPa60.1202789.T0.9s=0.9 0.8245=176.4MPa （2 分） T 0.9s （2 分）水压试验时满足强度要求。 （1 分）eiTtT Dpp2 25.1PaT 89.613.23、试设计一反应釜锥形底的壁厚，该釜内径为 800mm，锥底接一公称直径为 DN150（外径为 159mm）的接管。锥底半顶角为 45，釜的设计压力为 1.6MPa，工作温度为 40，釜顶装有安全阀，介质无大腐蚀性，材料为 Q235-A。 （10 分） （Q235-A 在 40下=113MPa）解：由于半顶角 30，所以锥体大端采用带折边的结构。折边内半径 r=0.15Di
4、，r=120mm。整个封头取同一厚度，锥体厚度按下式计算：（2 分）查表得 f=0.645，P c=1.6MPa，D i=800mm， =113MPa， =1.0（采用双面对接焊缝，全部无损探伤） ，C2=1mm，代入公式得 （2 分）（2 分）过渡区厚度为：（2 分）查表得 K=0.8181，代入公式得（2 分）比较后取 d=8.36mm，钢板负偏差取 C1=0.8mm，圆整后 n=10mm4、设计容器筒体和封头壁厚。已知内径 1200mm，设计压力 1.8MPa，设计温度 40，材质为 20R，介质无大腐蚀性，双面对接焊缝，100%探伤。讨论所选封头形式。 （15 分） （20R 在 40
5、下=133MPa）解：已知 Di=1200mm， t=40， Pc=1.8MPa， 40 =133MPa，=1 ，C 2=1mm。 （2 分）（1）设计容器筒体壁厚（4 分）钢板负偏差取 C1=0.8mm，圆整后 n=10mm（2）设计容器封头壁厚从工艺操作要求考虑，对封头形状无特殊要求。球冠形封头、平板封头都存在较大的边缘应力，且采用平板封头厚度较大，故不宜采用。理论上应对各种凸形封头进行计算、比较后，再确定封头型式。但由定性分析可知：半球形封头受力最好，壁厚最薄、重量轻，但深度大，制造较难，中、低压小设备不宜采用；碟形封头的深度可通过过渡半径 r 加以调节，适合于加工，但由于碟形封头母线曲
6、率不连续，存在局部应力，故受力不如椭圆形封头；标准椭圆形封头制造比较容易，受力状况比碟形封头好，故可采用标准椭圆形封头。 （3 分）根据标准椭圆形封头壁厚公式：25.0CPDfctidmd 36.81.501364.25.02CPDKctidmd 6.1.3860 mCDctid 18.9.13208.22d5.0CpDctic3（4 分）把数据代入公式，得（2 分）考虑钢板厚度负偏差，取 C1=0.8mm，圆整后用 n=10mm 5、一乙烯储罐，内径 1600mm，壁厚 16mm，工作压力为 2.5MPa，工作温度为-35，材料为 16MnR，采用双面对接焊缝，100%探伤，壁厚附加量 C=
7、1.5mm，试校核强度。 （16MnR 在20下=170MPa）（10 分）解：已知 Di=1600mm，P c=1.12.5=2.75MPa，t=-35， =170MPa，=1， e=16-1.5=14.5mm（2 分）则 （8 分）所以，这个乙烯储罐满足强度条件要求。6、化工设备对材料有哪些基本要求？（10 分）答：材料性能包括材料的力学性能、物理性能、化学性能和加工工艺性能。对于高温容器，由于钢材在高温的长期作用下，材料的力学性能和金属组织都会发生明显的变化，加之承受一定的工作压力 ，因此在选材时必须考虑到材料的强度及高温条件下组织的稳定性。容器内部盛装的介质大多具有一定的腐蚀性，因此需
8、要考虑材料的耐腐蚀情况。对于频繁开、停车的设备或可能受到冲击载荷作用的设备，还要考虑材料的疲劳等；而低温条件下操作的设备，则需要考虑材料低温下的脆性断裂问题。7、常见的金属焊缝缺陷指的是什么？检验焊缝的方法有哪些（10 分）答：常见的金属焊接缺陷有以下几种：（1）焊接变形 （1 分）（2）焊缝的外部缺陷：焊缝增强过高；焊缝过凹；焊缝咬边；焊瘤；烧穿。 （2 分）（3）焊缝的内部缺陷：未焊透夹渣气孔裂纹 （2 分）检验焊缝的方法有：（1）外观检查 （1 分）（2）无损探伤：X 射线检验； 还有超声波探伤；磁力探伤。 （2 分）（3）水压试验和气压试验 （1 分）（4）焊接试板的机械性能试验 （1
9、 分）md 15.908.532. MPaMPateict 1701.53.1426075.2 48、设计一台缩聚釜，釜体内径为 1000mm，釜身高度为 700mm，用厚度为 5mm、7mm、9mm 的0Cr18Ni9 钢板制造。釜体夹套内径为 1200mm，用 Q235-A 钢板制造。该釜开始是常压操作，然后抽低真空，继之抽高真空，最后通 0.5MPa 的氮气。釜内物料温度低于 275，夹套内载热体最大压力为0.3MPa。整个釜体与夹套均采用带垫板的单面手工对接焊缝，局部探伤，介质无腐蚀性，试确定釜体和夹套壁厚。 （20 分）（0Cr18Ni9 在 250下=122MPa，在 300下=1
10、14MPa；Q235-A 在 250下=94MPa，在300下=86MPa ）解： 1）设计釜体厚度已知 Di=1000mm，L=700mm，t=275，P o=0.3MPa，=0.8，材料为 0Cr18Ni9 钢板 n 分别为5mm、7mm 、9mm，它们的钢板负偏差 C1 分别为 0.5mm、0.6mm、0.8mm，腐蚀裕量 C2=0mm。 则钢板有效厚度 e 分别为 4.5mm、6.4mm 和 8.2mm （2 分）（1）当 n=5mm 时 （4 分）L/Do=700/（1000+25）=0.69 Do/ e=1010/4.5=224.44查图得，A=6.010 -4，再查图得，A 值所
11、在点落在材料温度线的右方，故 B=53MPa P=B e/Do=53/224.44=0.24MPaP o（2）当 n=7mm 时 （4 分）L/Do=700/（1000+27）=0.69 Do/ e=1014/6.4=158.44查图得，A=1.110 -3，再查图得，A 值所在点落在材料温度线的右方，故 B=63MPa P=B e/Do=63/158.44=0.40MPaP o（3）当 n=9mm 时 （4 分）L/Do=700/（1000+29）=0.69 Do/ e=1018/8.2=124.15查图得，A=1.510 -3，再查图得，A 值所在点落在材料温度线的右方，故 B=67MPa
12、 P=B e/Do=67/124.15=0.54MPaP o所以可以采用 7mm 厚的 0Cr18Ni9 钢板制造这台缩聚釜。 （2 分）另外，需要对 n=7mm 的缩聚釜进行内压强度校核。已知 Di=1000mm，P c=1.10.5=0.55MPa，t=275， =118MPa（内插法） ，=0.8， e=6.4mm则 （2 分）所以，这台缩聚釜可以采用 7mm 厚的 0Cr18Ni9 钢板制造2）设计夹套厚度已知 Di=1200mm，P c=1.10.3=0.33MPa，t=275， =90MPa（内插法） ，=0.8，C 2=0mm（2 分）取 C1=0.22mm，圆整后 n=3mm所以，夹套厚度 3mmMPaMPateit 4.918.024.34.62105. mCPDctid 76.03.89021.2 4
