工程力学 教学课件 作者 樊爱珍 主编 翟芳婷 副主编 3 约束力.pptVIP

尚辅网 尚辅网 任务引入 一、约束的概念 1．自由体：位移不受限制的物体称为自由体。如飞行的飞机。 2．非自由体：位移受到限制的物体称为非自由体。如机车受铁轨的限制。 3．约束：对非自由体的某些位移起限制作用的周围物体称为约束。如铁轨对机车来说就是约束。 二、约束类型 1．概念：约束对物体的作用就是力，这种力称为约束反力。 2．工程中常遇到的简单的约束类型： （1）柔体约束：如绳索、链条等。 （2）光滑接触面约束：如摩擦忽略不计的接触面。 （3）光滑圆柱铰链约束：通过圆柱销钉联接两个构件的约束称为铰链。如拱形桥、桥梁、屋架等。 （4）固定端面约束：当构件的一端被牢牢地固定在机座、基础或另一个约束体上时，就形成固定端。如阳台、跳水板等。 三、约束反力 （1）柔体约束反力：细绳吊住重物，如图1所示； 工程实例：轮子上的链条，如图2所示。约束反力是拉力，方向沿着绳子背离轮子。 思考：绳子对物体的拉力可以传吗？ （2）光滑面约束反力：支持物体的固定面，如图3所示； 工程实例：啮合齿轮的齿面，如图4所示。约束反力是支持力，方向垂直于接触面指向物体。 思考：柔体约束和光滑面约束的主要区别是什么？ （3）光滑圆柱铰链约束反力： ③ 活动铰链的简图与约束反力如图10所示。 工程实例：在桥梁、屋架等结构中经常采用滚动支座约束，它是在铰链支座与光滑支承面之间，装有几个辊轴构成，如图10（a）所示。它可以沿支承面移动，其约束反力必垂直于支承面，通过铰链中心，如图10（b）。 思考：约束反力的方向一定在限制物体运动的方向上吗？ 在工程中，约束的类型远不止这些，有的约束比较复杂，分析时需要加以简化或者抽象化。 *课 件 工 程 力 学 工 程 力 学 尚辅网 第一章 约束与约束反力 尚辅网 1、机器人的各个构件如何联接？ 2、各个构件分别受到什么样的力？ 4、各个构件做成什么截面形状和尺寸？ 5、在实现踢球运动过程中各构件是怎样变形的？ 3、各个构件分别用什么材料制作？ 图2 尚辅网 主要内容 一、约束的概念； 二、约束类型； 三、约束反力。 尚辅网 图1 尚辅网 尚辅网 G A G A FT 图2 绳子约束 (a) (b) 图3链条约束 FT1 F'T1 F'T2 FT2 (a) (b) 尚辅网 ？ 尚辅网 图5 啮合齿轮的齿面 FN (a) 平面支持面约束； (b) 曲面支持面约束 A (a) (b) C FN FN 图4 光滑面约束反力 切线 切线 尚辅网 ？ 尚辅网 ① 中间铰链的简图与约束反力如图5所示。 图6 中间铰链 （a）中间铰链；（b）铰链简图；（c）其约束反力 （b） （a） FCy FCx （c） 尚辅网 实例 （b） （a） FCy FCx （c） FCx FCy （d） 图7 尚辅网 工程实例：拱形桥是由两个拱形构件通过销钉C 将两个钻有同样大小孔的构件连接在一起而成，如图6所示。 图8 拱形桥简图 BB I II C C 销钉C 销钉B B B A 尚辅网 通常把销钉C固连在其中任意一个构件上，如构件II;则构件I和II互为约束。中间铰C 处的约束反力垂直于轴线通过铰链中心，作用线不能预先定出，可用两个大小未知的正交分力FCx、FCy 和 F′Cx 、 F′Cy来表示，如图7所示。 图9 拱形桥销钉C约束反力 BB I II C C 销钉C 销钉B B B A FCx F′Cx F′Cy FCy 尚辅网 ② 固定铰链的简图与约束反力如图8所示。 图10 固定铰链 （a）固定铰链原理图；（b）固定铰链简图 ；（c）固定铰链约束反力。 FCy FCx （a） （b） （c） 尚辅网 工程实例：如果拱形桥铰链连接中有一个固定在地面或机架上作为支座，则这种约束称为固定铰链支座。如图9（b）中的支座A、B，其约束反力如图（a）、（c）所示。 图11 拱形桥简图 （a）固定铰链A约束反力；（b）A、B与地面的连接方式（b）B约束反力。 BB I II C C 销钉C 销钉B B B A FBx FBy FAx FAy （b） （a） （c） 尚辅网 图12 活动铰链约束及约束反力 图1-11 （a） （b） （c） FN FN （a） （b） （c） 尚辅网 G (a) (b) A B C B A F 图13 FAy FB F