-约束与约束反力.ppt

练习1、求图中各力对O点之矩。 §1-2　约束及约束反力 球在空间受什么约束？ 火车行走靠什么约束？ 轴和轴承的转动受什么约束？ 门为什么只能转动，而不能上下左右移动？ 一、约束的有关定义 自由体——凡是能在空间作做任意运动的物体称为自由体。 例：空中飞机、小鸟等。 非自由体——如果物体受到其它物体对它的限制，在某些方向不能自由运动则称为非自由体。 内燃机曲柄滑块机构 约束的有关定义 约束——限制某物体运动的装置称为该物体的约束。（Here “约束” is a n.） 约束反力——当非自由体沿约束所限制方向有运动趋势时，约束与非自由体之间便产生相互的作用力，称为约束反力。 例如:汽车轮轴、地面是车轮的约束等,轴对轮施加约束反力,轴承对轴施加约束反力, 地面对车轮的支承力也为约束反力。 约束的有关定义 物体受力可分:主动力与约束反力 关于约束反力 约束反力是由主动力引起的，是一种被动力，也是未知力。静力分析的重要任务之一就是要确定未知的约束反力大小、方向。 约束反力的分析和计算是力学中一个非常重要的基本问题。要求掌握工程中常见的各种约束类型,重点掌握如何正确判断约束反力的方向(约束力的大小由后面介绍的平衡方程求解). 关于约束反力: 确定约束反力三要素的确定原则: 作用点:总是在约束与被约束物体相互接触处; 方向:必与约束所限制的运动方向相反; 大小:根据平衡条件计算其大小. 二、常见约束类型及约束反力确定 约束的分类 柔性约束：绳子、钢丝绳、 皮带、链条等 刚性约束 光滑接触约束：如齿轮、凸轮接触 光滑铰链约束：分中间铰、固定铰和活动铰 固定端约束：如外伸梁 轴承约束：向心轴承、推力轴承 柔性约束的特点： 只能限制物体沿柔体伸长方向的运动,只能受拉，不能受压。 柔性约束反力确定:作用于触点,沿柔性体中心,背离被约束物体 约束反力符号：柔性约束反力用 FT或T表示 柔性约束 （接触面摩擦力很小可忽略不计时） 约束特点: 只能限制沿接触点的法线方向趋向支承面的运动 约束反力的确定： 通过接触点，沿着接触面公法线方向，指向被约束的物体，即物体受压。 光滑接触的约束反力通常用ＦN 或N表示。 3.光滑铰链约束（简称铰链约束） 组成及特点： 两物体分别钻有直径相同的圆柱形孔，用一圆柱形销钉连接起来，在不计摩擦时，即构成光滑圆柱形铰链约束，简称铰链约束。 光滑铰链约束 铰链约束反力用两个 X、Y方向的正交分力FX、FY或XA 、 YA来表示 光滑铰链约束（简称铰链约束） 铰链约束分类 1）连接铰链（中间铰） 结构特点：如图示，用销钉联接两有孔零件，两被联接件均可绕销轴转动，例如发动机中连杆与活塞、连杆与曲轴的联接 约束特点：两零件均可相对转动又互相制约 约束反力在确定：其约束反力用过销轴中心的两个正交的分力FX、和FY表示，如下图所示。 2）固定铰链支座 约束特点：如果中间铰链中的构件之一与地基或机架相连，便构成固定铰链支座如图所示。 约束反力的确定：约束反力通过销轴中心，方向随主动力方向而不同，用过销轴中心的两个正交的分力FX、FY表示。 固定铰链支座的计算简图 三种形式 3）活动铰链支座 约束特点：在铰链支座的底部安装一排滚轮，可使支座沿固定支承面移动，只能限制构件离开和趋向支承面的运动。 在工程结构中经常采用这种约束。目的是适应构件变形。计算简图如下： 3）活动铰链支座 约束反力的确定：其约束反力通过铰链中心且必垂直于支承面。 4、固定端约束 约束特点： 限制了平面内所有可能的运动（被约束构件既不能移动和也不能转动）。 y x x 固定铰链支座 F F y 固定端约束 约束反力的确定： 固定端约束能限制物体沿任何方向的移动，也能限制物体在约束处的转动。所以，固定端A处的约束反力可用两个正交的分力FAX、FAY和力矩为MＡ的力偶表示。 FP x y F FA 1、常见的几种约束及其约束力的画法 2、物体及物系的受力图 MO（F1）＝－F1×OA MO（F2）＝0 MO（F3）＝F3×AB MO（F4）＝F4×OCcosα 教学要求： 1、熟悉工程上常见的几种约束类型及其约束力的确定 2、掌握约束反力的画法 主动力——凡是能主动引起物体运动状态改变或有使物体运动状态改变趋势的力称为主动力。 主动力有时也叫载荷，一般大小、方向已知或可计算，如重力、风力等。 非自由体的平衡可看作是作用于其上的主动力与约束反力的平衡。 FT 1、柔性约束 2、光滑接触面约束 NB NA 光滑接触约束实例3 光滑接触约束实例 光滑铰链 曲柄滑块机构 1—活塞销 2—气缸 3—活塞 4—轴承 5—曲轴 6—连杆 光滑铰