约束和约束反力

约束和约束反力内容一、约束的引入二、定义约束和约束反力三、工程中常见的约束类型及其约束反力的确定一、约束的引入1、物体的分类2、自由体3、非自由体1、物体的分类按物体在空间的运动、位移是否受限制分为：自由体和非自由体2、自由体在空间的位移不受任何限制的物体。3、非自由体位移受周围物体限制而不能作任意运动，只能做特定运动的物体。图3曲柄冲床机二、定义约束和约束反力约束对非自由体的某些位移或运动起限制作用的周围物体。约束反力约束对被约束物体的限制作用，称为约束反力。约束反力的特点一般来说，反力的大小未知；反力的方向与该约束所能阻碍的位移方向相反。三、工程中常见的约束类型及其约束反力的确定光滑接触面约束柔索约束光滑铰链约束其它约束光滑接触面约束典型例子约束特点作用点反力方向反力画法典型例子支持物体的固定面（图4a、b，图5）；相互啮合齿轮的齿面（图6）；机车中的导轨、铁轨等图4图5图6被约束体约束被约束体约束约束特点阻碍物体沿接触面法线，并指向约束的运动。作用点接触点反力方向过接触点，沿接触面公法线，指向被约束物体。反力画法柔索约束典型例子：柔软的绳索、链条、胶带、吊车钢索等柔性体。如图7所示图7特点：约束只能承受拉力，不能承受压力或弯曲。由作用与反作用原理，物体受到的约束的作用也只能是拉力反力方向：沿柔体的中心线，背离被约束物体。光滑铰链约束这类约束有向心轴承、中间铰链约束、固定铰链支座、滚动支座等。1.向心轴承实物图例：见图8（a）1—轴承2—轴图8特点：轴可在孔内任意转动，也可沿孔的中心线移动，但轴承阻碍轴沿孔径向向外的位移。反力方向：过接触点，沿接触面公法线指向轴心。如图8（b）由于轴在孔内可任意转动，故而轴与孔的接触点位置是不定的。因此反力的方向一般预先不能确定。但这样的一个反力常用两个过轴心的，大小未知的正交分力FAX、FAY来表示。此二力指向可任意假定。力学简图：如图8（c）2.中间铰链和固定铰链支座a.中间铰链实物图例：见图9（a）力学简图：见图9（b）图9特点：阻碍被约束物体沿圆柱铰链径向移动，允许沿轴向移动及任意转动。反力方向：过铰链中心，在垂直销钉轴线的平面内，方向不定，类似向心轴承。可用二正交分力FAx、FAy表示。如图9（c）反力画法：画法一：铰链与某一构件固连，则构件间互为约束。画法二：须单独考虑铰链C受力，则铰链C同时受到构件1、2的反作用力FCxFCx’FCy’CB构件2（含铰链C）AC构件1（孔）FC1yFCyFC1xFC2xFC2yFC1y’FC2y’FC2x’FC1x’铰链CCB（孔）AC（孔）b.固定铰链支座如果将中间铰链连接中的某一构件固定在地面上或机架上，这样形成的约束就是固定铰链支座。实物图例：见图10（a）力学简图：见图10（b）图10此类约束的约束特点及反力方向的规定完全与圆柱铰链相同。但由于固定铰链支座中铰链连接的某一构件是固定的，故而此类约束的反力画法采用圆柱铰链的反力画法一，即将铰链与固定构件视为一体，则构件间互为约束。反力画法：见图10（c）3.滚动支座在固定铰链支座与光滑支承面间安装辊轴，这样形成的约束就是滚动支座约束。这种约束与固定铰链支座相比，解除了沿支承面切向的约束，使得支座可沿固定支承面移动。实物图例：见图11（a）力学简图：见图11（b）图11特点：与光滑接触面约束相同。反力方向：垂直于支承面，过铰链中心。反力画法：见图11（c）其他约束1.球铰链通过圆球和球壳将两个构件连接在一起的约束称为球铰链。如图12（a）图12特点：限制被约束构件任何方向的移动，允许其绕球心的任意方向的转动。反力方向：忽略摩擦，与中间铰链约束的分析类似，其约束反力应是通过球心但方向不能预先确定的一个空间力，可用三个正交分力FAX、FAY、FAZ表示。力学简图及反力画法：见图12（b）。2.止推轴承实物图例：见图13（a）图13特点：除能限制轴的径向位移外，还能限制轴沿轴向的位移。允许绕轴的任意转动。反力方向：与球铰链的分析相同，其约束反力用三个正交分力RX、RY、RZ表示。力学简图及反力画法：见图13（b）。3.连杆约束由一根杆重不计的构件，在两端由铰链与其它物体相连接，并且杆上无外载荷作用的约束形式。力学简图：见图14图14连杆被约束体A特点：阻碍被约束体沿连杆两端铰链中心连线方向的运动。反力方向：沿连杆两端铰链中心连线，指向未定。反力画法：RA