约束与约束反力
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灌南中专教师授课教案2018 /2019 学年第一学期课程汽车机械基础教学内容旧知复习:1.力的概念。
2.力的基本性质。
讲授新课:第一章静力学基础第二节约束与约束反力一、约束与约束反力1. 约束位移不受限制的物体称为自由体,位移受到限制的物体称为非自由体。
对非自由体的某些位移起限制作用的物体称为约束。
2. 约束反力约束作用于物体上的力称为约束反力,简称约束力。
如火车铁轨约束车轮只能在轨道上运动,轨道作用于车轮上的力称为约束反力。
注意:①约束反力一般是未知力,往往是需要求解的。
②约束反力的方向根据约束的类型来确定,大小用平衡条件来计算。
二、常见的约束类型1. 柔性约束工程上常见的钢丝绳、传动带、链条对物体的约束只能承受拉力,不能承受压力,称为柔性约束。
常用F T表示这类约束反力,如图1-7所示。
2. 光滑面约束两物体的接触面是光滑的刚性面,摩擦力忽略不计,称为光滑面约束。
注意:光滑面约束只能限制物体过接触点沿接触面的公法线方向的运动,不能限制物体在接触面的切线方向的运动。
约束反力沿接触点的法线方向,并指向被约束的物体,称为法向反力,常用F N表示这类约束反力,如图1-8所示。
3. 铰链约束用圆柱销将两个构件连接在一起,构件只能绕销轴的回转中心转动,不能产生相对位移,这类约束称为铰链约束。
(1) 固定铰链支座两个构件之一固定在支承面上,称为固定铰链支座,如图1-9所示。
(1) 活动铰链支座铰链支座下面装有几个滚轴,使铰链支座在支承面上能任意移动,称为活动铰链支座,如图1-10所示。
4. 固定端约束构件的一端固定、另一端为自由的支座称为固定端约束。
注意:构件的固定端既不能转动,也不能移动,如图1-11所示。
固定端约束的受力分析如图1-12所示,用M A表示约束力偶。
课堂练习小结:1. 约束与约束反力的概念。
2.常见的约束类型。
约束及约束反力约束反力的方向:沿绳背离物体或沿轮缘而背离物体用T 表示2、理想光滑面约束:反力方向:沿接触面的公法线而指向物体用N 表示为了研究问题方便,我们经常忽略两个相互接触物体表面间 的摩擦,从而就可认为它们间相互的约束为光滑面约束。
这类约 束的特点是:无论两物体间的接触面是平面还是曲面,只能承受 压而不能承受拉,只能限制物体沿接触面法线方向的运动而不能 限制物体沿接触面切线方向的运动。
因此光滑面约束的约束反力 必须垂直于接触处的公切面,而指向非自由体。
此类约束反力称 为法向反力。
下图a 表示重力为G 的圆柱置于V 型架上,两物体接触于 A 、B两点。
V 型架作用于圆柱的反力为F NA 、F NB ,它们分别沿 接触点处的公法线指向圆柱,如图 b 。
V 型架所受圆柱的作用力 F NA 、F NB ,如图C所示。
其中F NA 与F NA ,F NB 与F NB 互为作用 力与反作用力。
3、铰链约束:① 光滑圆柱铰链约束:② 滚动铰链约束:反力方向:不能预先确定,通常用两个正交分力来表示(学生画出受力图)约束反力:垂直于I支承面且通过铰链中心。
(学生画出受力图)③球形铰链支座:用三个相互垂直的约束反力来表示4、固定端约束:杆件一端固定,另一端县空。
例:如图a和b所示,车刀与工件分别夹持在刀架和卡盘上,都是固定不动的。
a)b)c)(教师分析)以上所述工程实例都可归结为一杆插入固定面的力学模型约束反力:通常用两个正交分力和一个力偶来表示如图所示,因为固定端既限制了非自由体的垂直与水平移动,又限制了非自由体的转动,故此在平面问题中。
约束反力用两个正交分力和一个力偶来表示。
注:约束反力总是作用在被约束物体与约束物体的接触处其,方向总是与该约束所限制的运动方向相反。
课堂练习:(见试卷)小结:了解相关的基本概念;掌握几种常见的约束;能运用约束的性质分析约束反力,解决问题。
第一章静力学基础第三节约束和约束反力一、关于约束的概念1.自由体如果物体在空间的位移不受任何限制,则称为自由体,如飞机、火箭等2.非自由体位移受到限制的物体称为非自由体。
如火车受铁轨限制,汽车受路面限制,机床受转轴的轴承限制等3.约束起限制物体位移作用的物体为约束物体,简称约束4.约束力或约束反力约束对物体的作用力称为约束力。
其方向与被约束限制位移的方向相反。
作用点应在约束与被约束物体相互接触处5.主动力能主动使物体运动或有运动趋势。
如重力、风力、驱动力、水压力等在静力学中主动力往往是给定的,而约束反力则是未知要求的。
所以对约束反力的分析就成为受力分析的重点二、几种常见的约束类型1.柔体约束由柔软的绳索、链条或胶带等构成的约束。
由于柔体只能限制物体沿柔体伸长方向运动,故只能承受拉力约束反力特点:作用点在柔体与被约束物体接触处,作用线沿柔体中心方向背离被约束物体。
柔体约束只能承受拉力2.光滑接触表面的约束光滑接触面约束时,不论接触面形状如何,都不能限制物体沿接触面切线方向运动,而只能限制物体沿接触面公法线方向运动图1-19 光滑接触面约束图1-20 齿面约束约束反力的特点:通过接触点,沿接触面公法线方向指向被约束物体3.光滑铰链约束铰链:它是工程中常见的约束,有两个钻有圆孔的构件和圆柱形销子所构成1-销钉2-构件图1-21铰链约束此类约束只能限制物体在垂直于销钉轴线的平面内移动而不能限制绕销钉转动约束反力的特点当外力作用在垂直销钉轴线的平面内时,约束反力过铰链的中心,指向不定,可以用正交分解的两个分力来表示1)固定铰链支座3.固定部分图1-22固定铰链支座图1-232)活动铰链支座该约束是在铰链支座与光滑支撑面之间,装有几个辊轴而构成的,又称辊轴支座。
滚动支座的约束性质与光滑面约束相同,其约束反力必垂直于支撑面,且通过铰链中心图1-24活动铰链支座3)铰链连接(中间铰)若构成铰链的两构件都可绕销钉转动,这种铰链为铰链连接。