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.ppt

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1、第一章约束与约束反力任务引入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课件主要内容一、约束的概念；二、约束类型；三、约束反力。课件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。一、约束的概念图1课件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

2、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。二、约束类型课件（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。GAGAFT图2绳子约束(a)(b)图3链条约束FT1F'T1F'T2FT2(a)(b)三、约束反力课件思考：绳子对物体的拉力可以传吗

3、？？课件（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。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)CFNFN图4光滑面约束反力切线切线课件思考：柔体约束和光滑面约束的主要区别是什么？？课件（3）光滑圆柱铰链约束反力：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）FCyFCx（c）课件实例（b）（a）FCyFCx（c）FCxFCy（d）图7课件工程实例：拱形桥是由两个拱形构件通

4、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BBIIICC销钉C销钉BBBA课件通常把销钉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BBIIICC销钉C销钉BBBAFCxF′CxF′CyFCy课件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。FCyFCx（a）（b）（c

5、）课件工程实例：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。BBIIICC销钉C销钉BBBAFBxFByFAxFAy（b）（a）（c）课件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）。

6、图12活动铰链约束及约束反力图1-11（a）（b）（c）FNFN（a）（b）（c）课件G(a)(b)ABCBAF图13FAyFBFNFAxFAyFAx例、指出图中各杆件受到的各个约束分别属于什么约束，分别画什么样的约束力？解：（a）图中A：固定铰支座；B：活动铰支座。（b）图中A：固定铰支座；C：光滑面约束。课件千斤顶（4）固定端约束反力：非自由体的一端被固定的方法是多种多样的，如焊接、铆接、螺栓链接、夹具夹紧、混凝土浇灌等等。这种约束的特点是非自由体的一端被牢牢地固定，既不能向任何方向移动，也不能做任何转动。对平面固定端而言，在x轴y轴的方向上有约束反力，

7、即两个正交约束反力FAx、FAy；由于绕A点的转动也受限制，所以还有绕A点的约束反力偶MA。因此在平面问题中，固定端约束共产生两个反力、一个反力偶。课件工程实例：千斤顶的底端如图14（a）所示，阳台固定在墙上的一端，如图14（b）所示。产生的约束反力可简化为三个：两个反力、一个反力偶。图14固定端约束（a）千斤顶底端的约束反力；（b）阳台固定端的约束反力FFFFAyFAxM（a）（b）FAyFAxMA千斤顶—动画演示课件图15（a）三爪卡盘；（b）电线杆（a）AB（b）FAB（d）FAB（c）工程实例：三爪卡盘的左端如图15（a）所示，电线杆固定在地上的一端

8、，如图15（b）所示。产生的约束反力可简化为三个：两