中职物理高教版（2021）通用类第六节 学生实验：测量运动物体的速度和加速度教案设计

4、工程中常见约束及约束力方向的确定

公法线

FN

切线

FN

公切线

光滑支承接触对物体的约束力，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．

具体约束实例： 可以忽略摩擦力的一般常见的接触约束。

柔索只能受拉力，又称张力.一般用 FT 表示．

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．

(1)        径向轴承(向心轴承)

约束特点：

轴在轴承孔内，轴为被约束体、 轴承孔为约束．

简图：

约束力： 当不计摩擦时，轴与孔在接触处为光滑接触约束—

—法向约束力．约束力作用在接触处，沿径向指向轴心．

当外界载荷变化时，接触点会变，则约束力的大小与方向均有改变．

可用二个通过轴心的正交分力 Fx, Fy 表示．

Fx

(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．

光滑圆柱铰链约束

约束力

光滑圆柱铰链：亦为孔与轴的配合问题，与轴承一样，可用两个正交分力表示．

FCy

两组约束力间互为作用和反作用关系

C

FCx

FC x

  FC x , FC y

  FC y

一般不必分析销钉受力，当要分析时，必须把销钉单独取出．

(3)        固定铰链支座

FCy

FCx

约束特点：

由径向轴承约束与地面或机架固定而成．

约束力：与圆柱铰链相同

这三种约束(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．约束力一般用两个正交分力表示，但本质上是一个力。

(1)   

滚动支座 简图

约束特点：

在前述固定铰支座与光滑固定平面之间装有光滑滚轴而成．

约束力：构件受到垂直于光滑面的约束力，可能是压力也可能

是拉力。

(2)        球铰链

Fx

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。

(3)    止推轴承

约束特点：

止推轴承比径向轴承多一个轴向的

位移限制．

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 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。