第四节常见约束及受力图

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1、1.41.41.41.4 工程中常见的约束及构件的受力图工程中常见的约束及构件的受力图工程中常见的约束及构件的受力图工程中常见的约束及构件的受力图一、一、一、一、约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力约束与约束反力二、二、二、二、工程中常见的约束类型工程中常见的约束类型工程中常见的约束类型工程中常见的约束类型三、三、三、三、构件的受力分析及受力图构件的受力分析及受力图构件的受力分析及受力图构件的受力分析及受力图四、四、四、四、例例例例 题题题题五、五、五、五、绘制受力图注意事项绘制受力图注意事项绘制受力图注意事项绘制受力图注意事项六、六、六、六、课堂练习课堂练习课堂练习课堂练习学习提要学习

2、提要学习提要学习提要一、约束与约束反力一、约束与约束反力一、约束与约束反力一、约束与约束反力工业用厂房工程实例工程实例工程实例工程实例皮带传动1.1.1.1.概念：概念：概念：概念：约束：约束：约束：约束：一物体的运动受到周围物体的限制时，这种限制就称一物体的运动受到周围物体的限制时，这种限制就称一物体的运动受到周围物体的限制时，这种限制就称一物体的运动受到周围物体的限制时，这种限制就称为约束。为约束。为约束。为约束。约束力：约束力：约束力：约束力：约束限制物体运动的力称为约束力。约束限制物体运动的力称为约束力。约束限制物体运动的力称为约束力。约束限制物体运动的力称为约束力。铁 轨柔性约束实例

3、 2.2.2.2.作用于物体上的力分为两类：作用于物体上的力分为两类：作用于物体上的力分为两类：作用于物体上的力分为两类：主动力：主动力：主动力：主动力：使物体产生可能运动的力使物体产生可能运动的力使物体产生可能运动的力使物体产生可能运动的力 约束力：约束力：约束力：约束力：约束限制物体某种可能运动的力约束限制物体某种可能运动的力约束限制物体某种可能运动的力约束限制物体某种可能运动的力约约束束力力方向方向总是与该约束所能限制的运动或运动趋势方向相反总是与该约束所能限制的运动或运动趋势方向相反作用点作用点接触处接触处二、二、二、二、工程中常见的约束类型工程中常见的约束类型工程中常见的约束类型工程

4、中常见的约束类型1.1.1.1.柔性约束柔性约束柔性约束柔性约束2.2.2.2.光滑面约束光滑面约束光滑面约束光滑面约束3.3.3.3.光滑圆柱铰链约束光滑圆柱铰链约束光滑圆柱铰链约束光滑圆柱铰链约束4.4.4.4.固定端约束固定端约束固定端约束固定端约束 1.1.柔性约束柔性约束1 1 1 1）概念：）概念：）概念：）概念：由绳索、胶带、链条等所组成的约束为由绳索、胶带、链条等所组成的约束为由绳索、胶带、链条等所组成的约束为由绳索、胶带、链条等所组成的约束为柔性约束柔性约束柔性约束柔性约束。特点：特点：特点：特点：这种约束只能限制沿物体沿柔索伸长方向的运动。这种约束只能限制沿物体沿柔索伸长方

5、向的运动。这种约束只能限制沿物体沿柔索伸长方向的运动。这种约束只能限制沿物体沿柔索伸长方向的运动。即：只能承受拉力，不能承受压力即：只能承受拉力，不能承受压力即：只能承受拉力，不能承受压力即：只能承受拉力，不能承受压力。2 2 2 2）约束力方向：）约束力方向：）约束力方向：）约束力方向：沿柔体的中线，背离被约束物体。常用符号沿柔体的中线，背离被约束物体。常用符号沿柔体的中线，背离被约束物体。常用符号沿柔体的中线，背离被约束物体。常用符号F FT T表示。表示。表示。表示。3 3 3 3）实例分析实例分析实例分析实例分析 柔性约束柔性约束柔性约束柔性约束 实例一实例一实例一实例一皮带传动(3)

6、(3)(3)(3)实例分析实例分析实例分析实例分析 2.2.光滑面约束光滑面约束 （1 1 1 1）概念：）概念：）概念：）概念：当两物体直接接触，并可忽略接触处的摩擦时，约束只能当两物体直接接触，并可忽略接触处的摩擦时，约束只能当两物体直接接触，并可忽略接触处的摩擦时，约束只能当两物体直接接触，并可忽略接触处的摩擦时，约束只能限制物体在接触点沿接触面的公法线指向约束物体的运动，而不能限限制物体在接触点沿接触面的公法线指向约束物体的运动，而不能限限制物体在接触点沿接触面的公法线指向约束物体的运动，而不能限限制物体在接触点沿接触面的公法线指向约束物体的运动，而不能限制物体沿接触面切线方向的运动，

7、这类约束称为制物体沿接触面切线方向的运动，这类约束称为制物体沿接触面切线方向的运动，这类约束称为制物体沿接触面切线方向的运动，这类约束称为光滑面约束光滑面约束光滑面约束光滑面约束。（2 2 2 2）约束力方向约束力方向约束力方向约束力方向：沿接触点公法线，指向被约束物。沿接触点公法线，指向被约束物。沿接触点公法线，指向被约束物。沿接触点公法线，指向被约束物。常用符号常用符号常用符号常用符号F FN表示表示表示表示。动画动画动画动画光滑面约束光滑面约束光滑面约束光滑面约束实例分析实例分析实例分析实例分析光滑面约束光滑面约束实实实实 例例例例 分分分分 析析析析GGA AB BC COOOOA A

8、B BGG课课课课 堂堂堂堂 练练练练 习习习习 图图图图1-29a1-29a1-29a1-29a所示重所示重所示重所示重G G G G的球体的球体的球体的球体A A A A，用绳子，用绳子，用绳子，用绳子BCBCBCBC系在墙壁上，画出球体系在墙壁上，画出球体系在墙壁上，画出球体系在墙壁上，画出球体A A A A的受力图。的受力图。的受力图。的受力图。答案答案答案答案 3.3.光滑圆柱铰链约束光滑圆柱铰链约束 概念：概念：概念：概念：两构件采用圆柱销所形成的联接，并忽略接触处的摩擦，这类约束两构件采用圆柱销所形成的联接，并忽略接触处的摩擦，这类约束两构件采用圆柱销所形成的联接，并忽略接触处的

9、摩擦，这类约束两构件采用圆柱销所形成的联接，并忽略接触处的摩擦，这类约束就称为光滑圆柱铰链约束就称为光滑圆柱铰链约束就称为光滑圆柱铰链约束就称为光滑圆柱铰链约束。（动画实例动画实例动画实例动画实例）1 1）固定铰链支座）固定铰链支座 概念：概念：概念：概念：把圆柱销联接的两个构件中的一个固定起来，就称为固定铰链。把圆柱销联接的两个构件中的一个固定起来，就称为固定铰链。把圆柱销联接的两个构件中的一个固定起来，就称为固定铰链。把圆柱销联接的两个构件中的一个固定起来，就称为固定铰链。特点：特点：特点：特点：只限制了构件孔端的任意移动，不限制构件绕销孔端的相对转动。只限制了构件孔端的任意移动，不限制构

10、件绕销孔端的相对转动。只限制了构件孔端的任意移动，不限制构件绕销孔端的相对转动。只限制了构件孔端的任意移动，不限制构件绕销孔端的相对转动。固定铰链支座动画固定铰链支座动画固定铰链支座动画一固定铰链支座动画一固定铰链支座符号表示方法固定铰链支座符号表示方法约束力的方向约束力的方向约束力的方向约束力的方向：（固定铰链和中间铰）的约束力，通常用两个正交的分力（固定铰链和中间铰）的约束力，通常用两个正交的分力FNX、FNY表示。表示。特点特点特点特点：只限制了构件孔端的任意移动，不限制构只限制了构件孔端的任意移动，不限制构 件绕销孔端件绕销孔端的相对转动。的相对转动。图示表示方法：图示表示方法：图示表

11、示方法：图示表示方法：（中间铰动画中间铰动画）概念：概念：概念：概念：当圆柱销联接的两个构件不固定，通常就称为当圆柱销联接的两个构件不固定，通常就称为中间铰中间铰。FNXFNY2 2）中间铰中间铰中间铰中间铰注意：注意：注意：注意：当固定铰链或中间铰链约束的是二力杆时，其约束力满足二力平衡当固定铰链或中间铰链约束的是二力杆时，其约束力满足二力平衡当固定铰链或中间铰链约束的是二力杆时，其约束力满足二力平衡当固定铰链或中间铰链约束的是二力杆时，其约束力满足二力平衡条件，沿两约束力作用点的连线，方向是确定的。条件，沿两约束力作用点的连线，方向是确定的。条件，沿两约束力作用点的连线，方向是确定的。条件

12、，沿两约束力作用点的连线，方向是确定的。（实例实例实例实例）BCBC杆为杆为杆为杆为二力杆二力杆二力杆二力杆 概念：概念：概念：概念：原固定铰链下边不固定，安装上滚柱就称为活动铰链支座。原固定铰链下边不固定，安装上滚柱就称为活动铰链支座。原固定铰链下边不固定，安装上滚柱就称为活动铰链支座。原固定铰链下边不固定，安装上滚柱就称为活动铰链支座。特点：特点：特点：特点：只限制构件沿支承面法线方向的移动。只限制构件沿支承面法线方向的移动。只限制构件沿支承面法线方向的移动。只限制构件沿支承面法线方向的移动。约束力的方向：约束力的方向：约束力的方向：约束力的方向：约束力过铰链中心，垂直于支承面，指向构件。

13、约束力过铰链中心，垂直于支承面，指向构件。约束力过铰链中心，垂直于支承面，指向构件。约束力过铰链中心，垂直于支承面，指向构件。常用符号：常用符号：常用符号：常用符号：F FN N表示表示表示表示（活动铰支座动画活动铰支座动画）（活动铰支座实例活动铰支座实例）固定铰链支座动画固定铰链支座动画4 4）活动铰链约束）活动铰链约束活动铰链支座的几种力学模型及约束力表示：活动铰链支座的几种力学模型及约束力表示：活动铰链支座的几种力学模型及约束力表示：活动铰链支座的几种力学模型及约束力表示：（例题例题）图图1-26 杆杆AB的受力图的受力图答案答案答案答案4 4）固定端约束）固定端约束概念：概念：概念：概

14、念：工程中有一种常见的基本约束，如建筑物上的阳台、插入工程中有一种常见的基本约束，如建筑物上的阳台、插入工程中有一种常见的基本约束，如建筑物上的阳台、插入工程中有一种常见的基本约束，如建筑物上的阳台、插入 墙壁的电风扇托架、镗刀的刀杆和固定在刀架上的车刀等，这些约墙壁的电风扇托架、镗刀的刀杆和固定在刀架上的车刀等，这些约墙壁的电风扇托架、镗刀的刀杆和固定在刀架上的车刀等，这些约墙壁的电风扇托架、镗刀的刀杆和固定在刀架上的车刀等，这些约均称为均称为均称为均称为固定端约束固定端约束固定端约束固定端约束。（固定端约束实例一固定端约束实例一）（固定端约束实例二固定端约束实例二）固定端约束的力学模型及约

15、束力表示：固定端约束的力学模型及约束力表示：固定端约束的力学模型及约束力表示：固定端约束的力学模型及约束力表示：特点：特点：特点：特点：既限制了被约束构件的任意方向的移动，又限制了被既限制了被约束构件的任意方向的移动，又限制了被既限制了被约束构件的任意方向的移动，又限制了被既限制了被约束构件的任意方向的移动，又限制了被 约束构件的转动。约束构件的转动。约束构件的转动。约束构件的转动。约束力：约束力：约束力：约束力：常用两个正交的约束分力常用两个正交的约束分力常用两个正交的约束分力常用两个正交的约束分力FNAX、FNAY与一个约束力与一个约束力与一个约束力与一个约束力偶偶偶偶MA表示。表示。表示

16、。表示。三、构件的受力分析及受力图三、构件的受力分析及受力图三、构件的受力分析及受力图三、构件的受力分析及受力图1.1.1.1.构件的受力分析构件的受力分析构件的受力分析构件的受力分析 在静力学中，在静力学中，在静力学中，在静力学中，受力分析是：受力分析是：受力分析是：受力分析是：分析所要研究的构件（研究对象）分析所要研究的构件（研究对象）分析所要研究的构件（研究对象）分析所要研究的构件（研究对象）上受到哪些作用力（包括主动力和约束力），并确定每个力的作用上受到哪些作用力（包括主动力和约束力），并确定每个力的作用上受到哪些作用力（包括主动力和约束力），并确定每个力的作用上受到哪些作用力（包括主

17、动力和约束力），并确定每个力的作用位置和方向。位置和方向。位置和方向。位置和方向。2.2.2.2.构件的受力图构件的受力图构件的受力图构件的受力图 1)1)1)1)概念概念概念概念:表示构件受力情况的简明图形称为受力图。表示构件受力情况的简明图形称为受力图。表示构件受力情况的简明图形称为受力图。表示构件受力情况的简明图形称为受力图。2 2 2 2）画受力图的一般步骤为：）画受力图的一般步骤为：）画受力图的一般步骤为：）画受力图的一般步骤为：（1 1 1 1）画出研究对象的分离体简图；）画出研究对象的分离体简图；）画出研究对象的分离体简图；）画出研究对象的分离体简图；（2 2 2 2）在简图上标

18、上已知的全部主动力；）在简图上标上已知的全部主动力；）在简图上标上已知的全部主动力；）在简图上标上已知的全部主动力；(3)(3)(3)(3)在简图上标上解除约束处画上相应的约束力。在简图上标上解除约束处画上相应的约束力。在简图上标上解除约束处画上相应的约束力。在简图上标上解除约束处画上相应的约束力。例例例例4-14-14-14-1 图图图图1-30a1-30a1-30a1-30a所示的三铰拱桥，由左、右两半拱桥铰接而成，画左所示的三铰拱桥，由左、右两半拱桥铰接而成，画左所示的三铰拱桥，由左、右两半拱桥铰接而成，画左所示的三铰拱桥，由左、右两半拱桥铰接而成，画左半拱桥半拱桥半拱桥半拱桥ABABA

19、BAB的受力图的受力图的受力图的受力图答案答案答案答案 例例例例1-71-71-71-7 图图图图1-31a1-31a1-31a1-31a所示为内燃机主运动机构结构简图，试画出活塞所示为内燃机主运动机构结构简图，试画出活塞所示为内燃机主运动机构结构简图，试画出活塞所示为内燃机主运动机构结构简图，试画出活塞B B B B的受力图的受力图的受力图的受力图答案答案答案答案例例例例1-81-81-81-8 图图图图1-32a1-32a1-32a1-32a所示为凸轮机构结构简图，试画出从动件所示为凸轮机构结构简图，试画出从动件所示为凸轮机构结构简图，试画出从动件所示为凸轮机构结构简图，试画出从动件ABA

20、BABAB的受力图的受力图的受力图的受力图nn答案答案答案答案课课课课 堂堂堂堂 练练练练 习习习习如图所示为支架结构简图，试画出杆如图所示为支架结构简图，试画出杆如图所示为支架结构简图，试画出杆如图所示为支架结构简图，试画出杆ABABABAB与杆与杆与杆与杆CDCDCDCD的受力图的受力图的受力图的受力图绘制受力图应注意的事项绘制受力图应注意的事项绘制受力图应注意的事项绘制受力图应注意的事项1.1.1.1.采用铅笔及绘图工具绘制受力图；采用铅笔及绘图工具绘制受力图；采用铅笔及绘图工具绘制受力图；采用铅笔及绘图工具绘制受力图；2.2.2.2.应将研究对象从物系中分离出来；应将研究对象从物系中分

21、离出来；应将研究对象从物系中分离出来；应将研究对象从物系中分离出来；3.3.3.3.正确标注约束力的符号；正确标注约束力的符号；正确标注约束力的符号；正确标注约束力的符号；4.4.4.4.二力杆的约束力方向是可以确定的；二力杆的约束力方向是可以确定的；二力杆的约束力方向是可以确定的；二力杆的约束力方向是可以确定的；5.5.5.5.三力平衡汇交于一点。三力平衡汇交于一点。三力平衡汇交于一点。三力平衡汇交于一点。1.1.1.1.通过工程实例理解约束及约束力的概念通过工程实例理解约束及约束力的概念通过工程实例理解约束及约束力的概念通过工程实例理解约束及约束力的概念2.2.2.2.熟练掌握工程中常见约束类型及约束力的特点熟练掌握工程中常见约束类型及约束力的特点熟练掌握工程中常见约束类型及约束力的特点熟练掌握工程中常见约束类型及约束力的特点3.3.3.3.熟练掌握构件的受力分析及受力图的绘制熟练掌握构件的受力分析及受力图的绘制熟练掌握构件的受力分析及受力图的绘制熟练掌握构件的受力分析及受力图的绘制学学学学 习习习习 提提提提 要要要要