工程中常见的约束类型和约束力ppt课件

互相联系又互相制约的。何谓约束呢？
§1-3 常见约束与约束力
一、概念 自由体：位移不受限制的物体叫自由体，如汽球。 非自由体：位移受限制的物体叫非自由体，如在槽内绿球。
§1-3 常见约束与约束力 ❖ 在工程实际中，构件总是以一定的形式与周围其
他构件相互联结，即物体的运动要受到周围其他 物体的限制如
固定铰链支座
FR
Fy
Fx
如果连接铰链中有一个构件与地基或机架相连，便构 成固定铰链支座，其约束反力仍用两个正交的分力Ｆx 和Ｆy表示
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❖ 【应用举例】徒手作出补充力
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【柔体约束特点】 只能承受拉力，而不能抵抗压力和弯曲 ，即只能限制物体沿着柔索中心线伸长方向的运动。
柔性体约束 属于这一类约束的有:柔软的绳索、链条或胶带等
【约束反力】 柔索的约束力作用在柔索与物体的连接点上，其方向一 定是沿着柔索中心线，背离被约束物体，即必为拉力。 【常用符号】 常用FT表示。
❖ 机械中常见的向心轴承实际上也构成圆柱形铰链 约束，如下图所示，可以断定轴承作用于轴颈的 约束力F在垂直于轴线的横截面内，但不能预先 确定其方向，可以用正交分力Fx 、Fy 来表示轴 承的约束力。
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静力学公理及常见约束
具体约束实例： 可以忽略摩擦力的一般常见的接触约束。
静力学公理及常见约束
2、由柔软的绳索、胶带或链条等构成的约束(柔索类约束)
4、工程中常见约束及约束力方 向的确定
FT F
柔索只能受拉力，又称张力.一般用 FT 表示．
静力学公理及常见约束
4、工程中常见约束及约束力方 向的确定
FTA
FTB
FTC
FTD
柔索对物体的约束力沿着柔索背向被约束物体． 皮带(链条)对轮的约束力沿轮缘的切线方向，为拉力．
静力学公理及常见约束
3 、光滑铰链约束(径向轴承、圆柱铰链、固定铰链支座等) (1) 径向轴承(向心轴承)
4、工程中常见约束及约束力方 向的确定
FA
约束特点：
轴在轴承孔内，轴为被约束体、 轴承孔为约束．
简图：
止推轴承比径向轴承多一个轴向的 位移限制．
Fz
约束力：比径向轴承多一个轴向的约束力， 亦有三个正交分力 FAx FAy FAz
Fx Fy
A
工程中的约束多种多样，有的还很复杂，分析起来需要专 门的知识和经验，有时需要适当的简化和抽象化。我们在 后续的学习中还会陆续介绍。
4、工程中常见约束及约束力方 向的确定
简图
Fy
Fx Fz
约束特点：通过球与球壳将构件连接，构件可以绕球心任意 转动，但构件与球心不能有任何移动． 约束力：当忽略摩擦时，球与球座亦是光滑约束问题．约束力 通过接触点, 并指向球心, 是一个不能预先确定的空间力.可用三 个正交分力表示，本质上是一个力。
静力学公理及常见约束
(3) 止推轴承
约束特点：
静力学公理及常见约束
(2) 光滑圆柱铰链 约束特点：由两个各穿孔的构件加圆柱销钉组成，如剪刀．

03
软约束的适用场景
软约束适用于需要灵活决策和调整的情况。在某些情况下，硬约束可能
过于僵化或难以满足实际需求，而软约束可以提供更加灵活和适应性的
指导。
软约束的分类
基于原则的软约束
这种类型的软约束基于一定的原则或价值观，例如企业道 德准则、社会责任等。它要求决策者遵循这些原则，但并 不强制执行。
基于最佳实践的软约束
预期。
自动化系统
在自动化系统中，硬约束可以用于 定义系统的技术限制和安全要求， 以确保系统的正常运行和安全性。
游戏设计
在游戏设计中，硬约束可以用于定 义游戏规则和技术限制，以确保游 戏的公平性和可玩性。
04
时间约束
时间约束的定义
时间约束是指对某个操作或事件在时间方面的限制或规定，以确保其按照预定的 时间要求进行。
第二季度
第三季度
第四季度
数量型资源约束
指资源的数量有限，无 法满足所有需求的情况 。例如，土地、水、矿 产等自然资源的数量有 限，需要合理利用和保 护。
质量型资源约束
指资源的质量受到限制 ，无法满足所有需求的 情况。例如，劳动力、 技术、信息等资源的质 量参差不齐，需要选择 合适的资源以满足需求
。
结构型资源约束
时间约束通常用于计划、调度、控制和优化等领域，以确约束
指具有确定性的时间要求，如必须在某个确定的时间点完成某个 任务。
软时间约束
指具有一定弹性或缓冲时间的要求，如任务需要在某个时间段内完 成。
混合时间约束
指同时存在硬时间和软时间约束的情况，如任务需要在某个确定的 时间点之前或之后的某个时间段内完成。
硬约束的定义
硬约束是指那些在特定条件下必须满 足的限制条件，一旦违反，将导致系 统无法正常工作或产生错误结果。

具有光滑接触表面的约束
光滑接触面对物体的约束力是：通过接触点，方 向沿着接触面公法线方向，并指向受力物体。这类约 束反力也称法向反力，通常用ＦN表示
判断正误
关键：箭头通过球 心
三 光滑圆柱铰链约束
铰链联接是指两个构件通过销钉、螺栓等联结在一起， 两个构件只能发生相对转动而不能发生相对移动。
中间铰
❖ 【应用举例】徒手作出补充力
总结光滑圆柱形铰链
类型 中间铰链：
定义及约束力
被铰链联接的两个 构件如都未固定，为中间 铰链。其约束力为一对通 过铰链中心的正交分力。
固定铰链： 活动铰链支座：
被铰链联接的两个 构件如有一个被固定另外 一个可绕其发生相对转动， 为固定铰链。其约束力为 一对通过铰链中心的正交 分力。
本讲总结
❖ 理解约束概念 自由体 非自由体 约束 约束力
❖ 约束的三种类型（每种类型约束力如何确定） 柔性约束 光滑面约束 光滑圆柱形铰链约束三种
❖ 分析受力的步骤？ 分离体 主动力 约束力 会应用
习题1-1．画出下列指定物体的受力图。
关键：箭头朝外
❖ 分析受力图A、B端约束力是否正确？说明原因， 并改正错误。
关键：与绳索平行
二 常见的理想约束 2、光滑面约束及其约束力
当两物体接触面之间的摩擦力小到可以忽略不计时， 可将接触面视为理想光滑的约束。
这时，不论接触面是平面或曲面，都不能限制物体沿 接触面切线方向的运动，而只限制物体沿该方向进入约束 内部的运动 。
铰链将构件与支座 联结在一起，支座与基础 之间可以有沿接触面切线 方向的位移。其约束力垂 直支撑面并指向铰链中心。
图片
简图及约束力画法
§1-4 受力分析和受力图

B
FA C
ＦT
A
Ｇ
B 32
§2-3约束、约束力、力系和受力图的应用
例2-7 作圆柱体的受力图。
解（1）取圆柱为研究对 象，并画出分离体图。
（2）画出主动力。
A
（3）画出约束力。 C
B
G
FA
A
FNB
C B
G
33
§2-3约束、约束力、力系和受力图的应用
例2-8 作梁的受力图。
解（1）取梁AB为研究对 A 象，并画出分离体图。
B
（3）画约束力。
A
FAx FAy
C
F P
F B B
35
§2-3约束、约束力、力系和受力图的应用
简单物体系统的受力分析 例2-10 水平均质梁AB重为G1，电动机重为G2，不 计杆CD的自重，画出杆CD和梁AB的受力图。
解（1）取CD杆，其为二力构 件，其受力图如图所示。
（2）取AB梁，先画主动力，再
圆柱销与销孔
构件只能绕销轴回转中心相对转对，不能发生相对
移动。
13
§2-3 约束、约束力、力系和受力图的应用 铰链约束实例
14
§2-3约束、约束力、力系和受力图的应用 铰链约束实例
铰链
铰链
15
§2-3 约束、约束力、力系和受力图的应用
光滑圆柱铰链的约束力
垂直于销钉轴线的平面内，通过铰链的中心，方向 未知，常用过铰链中心的两个正交分力表示 。
A
G FT
G FN 2
§2–3 约束、约束力、力系和受力图的应用
二、 工程中常见的约束1.柔性约束：由柔软无重的绳来自、胶带或链条等构成的约束。
约束力：沿着柔索中心线背离被约束物体的拉

约束构件的转动。
约束力：常用两个正交的约束分力FNAX、FNAY与一个约束力 偶MA表示。
三、构件的受力分析及受力图
1.构件的受力分析
在静力学中，受力分析是：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 位置和方向。
2.构件的受力图
1)概念:表示构件受力情况的简明图形称为受力图。 2）画受力图的一般步骤为： （1）画出研究对象的分离体简图； （2）在简图上标上已知的全部主动力； (3)在简图上标上解除约束处画上相应的约束力。
件绕销孔端的相
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 FNX、FNY表示。
FNY
FNX （中间铰动画）
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 条件，沿两约束力作用点的连线，方向是确定的。 （实例）
B
FNB
F
B
A
C
C
FNC
BC杆为二力杆
4）活动铰链约束
FN
F'N
FNY M FNX
课堂练习
如图所示为支架结构简图，试画出杆AB与杆CD的受力图
绘制受力图应注意的事项
1.采用铅笔及绘图工具绘制受力图； 2.应将研究对象从物系中分离出来； 3.正确标注约束力的符号； 4.二力杆的约束力方向是可以确定的； 5.三力平衡汇交于一点。
1）固定铰链支座 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。 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。
固定铰链支座动画 固定铰链支座动画一
固定铰链支座符号表示方法
2）中间铰
概念：当圆柱销联接的两个构件不固定，通常就称为中间铰。

2 常见约束
1、柔性约束
绳索、链条、皮带：柔软不可伸长、不计重量的柔 性连接物体构成的约束。
2、光滑接触面约束
。
两物体直接光滑接触，不计接触处磨擦而构
成的约束。约束力沿过接触点的公法线而
指向物体[压力]
3、光滑铰链约束
a) 圆柱铰链约束—销钉 （1）中间铰
（2）向心轴承
F
A B
（3）铰支座 (i) 固定铰链支座
（ii) 可动铰链支座（辊轴支座）
b) 球铰链约束
c) 碟形铰链—合页
(4)止推轴承
4、固定端
FAy
MA
A FAx
B
（1）光滑面约束——法向约束力FN源自（2）柔索约束——张力 F
T
（3）光滑铰链——
F
F
Ay Ax
（4）滚动支座—— FN⊥光滑面
球铰链——空间三正交分力
止推轴承——空间三正交分力
解除约束: 代之约束反力

FB
G
FD FA
第一章汽车常用构件力学分析
例4
• （略）画AB梁的受力图。
第一章汽车常用构件力学分析
例4
• （略）画AB梁的受力图。
FAy FAx
G
FB
第一章汽车常用构件力学分析
课堂练习:
画出下图中各构件的分离体受力图 C
y
q A D
xLeabharlann BE (a)q
G
第一章汽车常用构件力学分析
第一章汽车常用构件力学分析
分析自卸货车各部位约束类型
第一章汽车常用构件力学分析
例1
• 题略
F
G
第一章汽车常用构件力学分析
例1
• 题略
FY FX
F F
FT ´
FT
G
第一章汽车常用构件力学分析
G
例2
B
O G D A
第一章汽车常用构件力学分析
例2
B
O G D A
P
FD´ D
FT B
FA
O
FE G FD
二、常见约束类型及约束反力确定
FT
第一章汽车常用构件力学分析
1、柔性约束
第一章汽车常用构件力学分析
柔性约束
第一章汽车常用构件力学分析
柔性约束
第一章汽车常用构件力学分析
刚性约束
第一章汽车常用构件力学分析
刚性约束
第一章汽车常用构件力学分析
光滑接触约束实例3
刚性约束
第一章汽车常用构件力学分析
图1-27
光滑铰链
第一章汽车常用构件力学分析
图1-28 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

约束力特点： 1. 约束力的大小和方向与主动力有关。 2. 约束力的方向和它的约束特点有关，与该约束所 能阻碍的物体的位移方向相反 。
常见约束
1.柔索约束
E
AC
DB
约束特性：
只能承受拉力，阻碍物体沿
绳索伸长方向的位移。单侧约束。
约束力:
沿柔索方向，拉力。
FD
E
FC
AC
DB
C
D
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6 常见约束及其约束反力
约束： 限制物体的位移或速度的某些 物体或某种限制条件。
自由体： 在空间的位置或位移不受限制的 物体称为自由体。
非自由体：在空间中的位置或位移受到限制
的物体称为非自由体。
主动力： 促使物体运动或有运动趋势的力，工程上称为载荷。
约束力： 约束作用于被约束体的力，称为约束力或约束反力。
常见约束
4.辊轴支座
约束特点：
在固定铰支座的底部安装若干个
只限制物体沿支承面法线方向的位移。
刚性辊轴（滚柱），即构成辊轴支座， 约束力：
亦称为可动铰支座。
向。
通过铰链中心，沿支承面法线方 F
F
F
常见约束
5. 光滑球铰链约束
Fz
Fy O
Fx
约束结构: 由一物体的球部嵌入另一物体的球窝构成。 约束特性: 允许物体绕球心O 转动,不能沿径向移动。 约束反力: 通过球心O,方向不能预先确定,通常用三
结构特点：
通过带有锁紧螺母的圆柱销钉
将两个钻有同直径销孔的构件连接在一起。
固定铰支座
约束特性： 构件只能绕销钉轴线相对转动，与销钉轴线相垂直的平面内的径

• 一般不必分析销钉受力，当要分
（3） 固定铰链支座
约束特点： 由上面构件1或2 之一与地面或机架固定而成． 约束力：与圆柱铰链相同 以上三种约束（径向轴承、光滑圆柱铰链、固定铰链支座）其约束 特性相同，均为轴与孔的配合问题，都可称作光滑圆柱铰链．
4、其它类型约束
• （1）滚动支座
约束特点： 在上述固定铰支座与光滑固定平面之间装有光滑辊轴而成． 约束力：构件受到垂直于光滑面的约束力．
约束力：比径向轴承多一个轴向的约束力，亦有三个正交 分力
总结
（1）光滑面约束——法向约束力FN （2）柔索约束——张力FT （3）光滑铰链—— FAy FAx （4）滚动支座——FN⊥光滑面
球铰链——空间三正交分力 止推轴承——空间三正交分力
物体的受力分析和受力图
受力分析：确定物体受到几个力作用，每个力的作用位置和作用方向，这个 分析过程称为物体的受力分析。
约束和约束力
工程中常见的约束
• 1、具有光滑接触面（线、点）的约束（光滑接触约束 ）
光滑接触面约束
• 光滑支承接触对非自由体的约束力，作用在接触处；方 向沿接触处的公法线并指向受力物体，故称为法向约束 力，用 FN表示．
2、由柔软的绳索、胶带或链条等构成的约束
• 柔索只能受拉力，又称张力.用 FT表示．
例5
整体受ห้องสมุดไป่ตู้图如图（e）所示
提问：左右两部分梯子在A处，绳子对左 右两部分梯子均有力作用，为什么在整体 受力图没有画出？
思考
• 分析如下受力图是否有误，如何改正？
谢谢观赏
画出约束力
例2
屋架受均布风力 q（N/m）， 屋架重为 P，画出屋架的受 力图． 解：取屋架 画出简图