运动副及其类型约束力和受力图ppt课件

1、第一节第一节 运动副及其类型、约束力与受力图运动副及其类型、约束力与受力图v一个构件作独立运动的可能性自由度。v平面自由构件有三个自由度v1. 沿x方向移动v2. 沿y方向移动v3. 在平面xoy内转动 v 空间自由构件有六个自由度v 1. 沿x方向移动v 2. 绕x轴转动v 3. 沿y方向移动v 4. 绕y轴转动v 5. 沿z方向移动v 6. 绕z轴转动v1. 运动副与约束运动副与约束v运动副：构件和构件之间既要相互连接接触运动副：构件和构件之间既要相互连接接触在一起，又要有相对运动。而两构件之间这种可在一起，又要有相对运动。而两构件之间这种可动的连接接触就称为运动副。动的连接接触就称为运动

2、副。v运动副元素：两构件上直接参加接触构成运动副运动副元素：两构件上直接参加接触构成运动副的部分。的部分。连杆与曲轴活塞与气缸v1. 运动副与约束运动副与约束v当两个作平面运动的构件组成运动副之后，由于当两个作平面运动的构件组成运动副之后，由于受到约束，相应的自由度也随之减少。受到约束，相应的自由度也随之减少。v根据运动副中两构接触形式不同，运动副可分为根据运动副中两构接触形式不同，运动副可分为低副和高副。低副和高副。v（1低副：低副是指两构件之间作面接触的运动低副：低副是指两构件之间作面接触的运动副。按两构件的相对运动情况，可分为：副。按两构件的相对运动情况，可分为：v1转动副：只允许两构件

3、作相对转动，又称作铰转动副：只允许两构件作相对转动，又称作铰链。链。 v2移动副：只允许两构件作相对移动。移动副：只允许两构件作相对移动。v 两构件在接触处只允许作相对转动。v 转动副约束了沿x、y轴向移动的自由度，保留了一个转动的自由度。 xyz固定铰链固定铰链v 两构件在接触处只允许作相对转动。v 转动副约束了沿x、y轴向移动的自由度，保留了一个转动的自由度。 xyz固定铰链固定铰链v 两构件在接触处只允许作相对移动。由滑块与导槽组成的运动副。v 移动副约束了沿一轴y方向的移动和在平面内两个转动自由度，保留了沿另一轴方向移动的自由度。 xyzv（2高副：高副是两构件之间作点或线接触的运高副

4、：高副是两构件之间作点或线接触的运动副。动副。v高副则只约束了沿接触处公法线方向移动的自由高副则只约束了沿接触处公法线方向移动的自由度，保留了绕接触处的转动和沿接触处共切线方度，保留了绕接触处的转动和沿接触处共切线方向移动的两个自由度。向移动的两个自由度。 高副则只约束了沿接触处公法线方向移动的自由度，保留了绕接触高副则只约束了沿接触处公法线方向移动的自由度，保留了绕接触处的转动和沿接触处共切线方向移动的两个自由度。处的转动和沿接触处共切线方向移动的两个自由度。凸轮副凸轮副齿轮副齿轮副v约束：能限制某些物体运动的其它物体。约束：能限制某些物体运动的其它物体。v约束力：约束对物体的作用。约束力：

5、约束对物体的作用。v约束力的作用点是约束与物体的接触点约束力的作用点是约束与物体的接触点v约束力的方向总是与该约束所能限制的运动方向约束力的方向总是与该约束所能限制的运动方向相反相反v约束力的大小总是未知的。在静力学中可以利用约束力的大小总是未知的。在静力学中可以利用相关平衡条件求出约束力。相关平衡条件求出约束力。约束类型约束类型 典型图示典型图示 简图简图 约束力方约束力方向向 备注备注 （1）柔性约束柔性约束（由绳索、链（由绳索、链条、胶带等柔条、胶带等柔性物体所构成性物体所构成的约束称为柔的约束称为柔索约束。如绳、索约束。如绳、索、带、链）索、带、链） 限制物体限制物体沿柔索伸沿柔索伸长

6、的方向长的方向运动。运动。约束力的约束力的方向总是方向总是沿柔索中沿柔索中心线且背心线且背离被约束离被约束物体。物体。 拉力，拉力，通常用通常用符号符号FT表示表示约束类型约束类型 典型图示典型图示 简图简图 约束力方向约束力方向 备注备注 （2）光滑面约束光滑面约束（当两物体接（当两物体接触面之间的摩触面之间的摩擦很小，可以擦很小，可以忽略不计时，忽略不计时，则构成光滑接则构成光滑接触面约束。如触面约束。如光滑的平面或光滑的平面或曲面）曲面） 只限制物体只限制物体沿接触面法沿接触面法线方向的运线方向的运动而不能限动而不能限制物体沿接制物体沿接触面切线方触面切线方向的运动。向的运动。约束力沿接

7、约束力沿接触面处的公触面处的公法线（垂直法线（垂直于接触处的于接触处的公切面）指公切面）指向被约束物向被约束物体。体。压力，压力，用符号用符号FN表示表示约束类型约束类型 典型图示典型图示 简图简图 约束力方向约束力方向 备注备注 （3）光滑圆柱铰链约光滑圆柱铰链约束束（光滑圆柱销联（光滑圆柱销联接和向心滑动轴接和向心滑动轴承、滚动轴承等）承、滚动轴承等） 固定铰链约束固定铰链约束 中间铰链约束中间铰链约束 只限制两联接物只限制两联接物体的相对移动，体的相对移动，而不能限制它们而不能限制它们相对转动的约束，相对转动的约束，包括中间铰链约包括中间铰链约束、固定铰链约束、固定铰链约束。束。约束力通

8、过铰链约束力通过铰链中心，大小、方中心，大小、方向均未确定。向均未确定。其其中二力构件、活中二力构件、活动铰支座的反力动铰支座的反力方向是可以确定方向是可以确定的。的。 一般用一一般用一对通过铰对通过铰链中心，链中心，大小未知大小未知的正交分的正交分力力Fx、Fy来表示。来表示。 约束类型约束类型 典型图示典型图示 简图简图 约束力方向约束力方向 备注备注 （4）辊轴约束辊轴约束（活动铰链约束，（活动铰链约束，是光滑面约束与是光滑面约束与固定铰链约束组固定铰链约束组合的复合型约束）合的复合型约束） 限制物体朝向限制物体朝向支承面的垂直支承面的垂直方向运动。约方向运动。约束力方向垂直束力方向垂直

9、于支承面，通于支承面，通过铰链中心指过铰链中心指向物体。向物体。压力，用压力，用符号符号FN表示表示约束类型约束类型 典型图示典型图示 简图简图 约束力方向约束力方向 备注备注 （5）固定端约）固定端约束（构件一端被束（构件一端被固定，既不允许固定，既不允许固定端的任意移固定端的任意移动，又不允许绕动，又不允许绕固定端随意转动）固定端随意转动）固定端既限制固定端既限制了物体的垂直了物体的垂直与水平移动，与水平移动，又限制转动。又限制转动。约束力简约束力简化为一组化为一组正交的约正交的约束反力束反力Fx、Fy与一个与一个约束力偶约束力偶M。 约束类型约束类型 典型图示典型图示 简图简图 约束力方

10、向约束力方向 备注备注 （6）光滑球铰光滑球铰链约束链约束能限制物体沿能限制物体沿空间任何方向空间任何方向移动，但物体移动，但物体可以绕其球心可以绕其球心任意转动。任意转动。 约束反力可约束反力可用三个正交用三个正交的分力的分力Fx、Fy、Fz表示表示 v小结：小结：v1. 自由体和非自由体自由体和非自由体v2. 运动副的形成与特征运动副的形成与特征v3. 运动副的类型及其对自由度的限制运动副的类型及其对自由度的限制v4. 约束的概念约束的概念v5. 约束的类型及各自的特性约束的类型及各自的特性v作业：作业：1-1v（一研究对象（一研究对象v在解决实际工程问题时，需要根据已知力，利用在解决实际

11、工程问题时，需要根据已知力，利用相应平衡条件，求出未知力。为此，需要根据已相应平衡条件，求出未知力。为此，需要根据已知条件和待求的力，有选择地研究某个具体构件知条件和待求的力，有选择地研究某个具体构件或构件系统的运动或平衡。这一被确定要具体研或构件系统的运动或平衡。这一被确定要具体研究的构件或构件系统称为研究对象。究的构件或构件系统称为研究对象。v（二受力图（二受力图v对研究对象进行分析研究时，要将它从周围的物对研究对象进行分析研究时，要将它从周围的物体中分离出来，并画出其受力图。我们就将这种体中分离出来，并画出其受力图。我们就将这种因解除了约束，而被人为认为成自由体的构件称因解除了约束，而被

12、人为认为成自由体的构件称为分离体。将分离体上所受的全部主动力和约束为分离体。将分离体上所受的全部主动力和约束反力以力矢表示在分离体上，如此所得到的图形，反力以力矢表示在分离体上，如此所得到的图形，就称为受力图。就称为受力图。v （三受力分析及画受力图的一般步骤（三受力分析及画受力图的一般步骤v 恰当地选取研究对象，正确地画出构件的受力图是解决力恰当地选取研究对象，正确地画出构件的受力图是解决力学问题的关键。学问题的关键。v 画受力图的一般步骤为画受力图的一般步骤为v 1据题意确定研究对象，并画出研究对象的分离体简图。据题意确定研究对象，并画出研究对象的分离体简图。v 2在分离体上画出全部已知的

13、主动力。在分离体上画出全部已知的主动力。v 3在分离体上解除约束的地方画出相应的约束反力。在分离体上解除约束的地方画出相应的约束反力。v （四举例讲解 （例1-1）1、明确研究对象，画出研究对象的分离体简图、明确研究对象，画出研究对象的分离体简图 2、画出全部已知的主动力、画出全部已知的主动力 3、解除约束，画出相应的约束反力、解除约束，画出相应的约束反力 v （四举例讲解 （例1-2）v （四举例讲解 （例1-3）v 1分解各物体v 2整体物系v （四举例讲解 （例1-3）v 分解各物体v （四举例讲解 （例1-3）v 分解各物体v （四举例讲解 （例1-3）v 分解各物体v （四举例讲解

14、（例1-3）v 整体物系v （四举例讲解 （例1-3）v（五要点归纳（五要点归纳v画受力图的过程中必须注意以下事项：画受力图的过程中必须注意以下事项：v1首先必须明确研究对象，并画出分离体，可能首先必须明确研究对象，并画出分离体，可能是单体，也可能是物体系统。分离体的形状和方是单体，也可能是物体系统。分离体的形状和方位须和原物体系保持一致。位须和原物体系保持一致。v（五要点归纳（五要点归纳v2在分离体上要画出全部主动力和约束力，不能在分离体上要画出全部主动力和约束力，不能多画也不能少画，每一个力都必须明确是哪一个多画也不能少画，每一个力都必须明确是哪一个施力物体施加给研究对象的，不能凭空想象，

15、也施力物体施加给研究对象的，不能凭空想象，也不可能漏掉。不可能漏掉。v（五要点归纳（五要点归纳v3在画约束力时，必须严格按照约束性质画出，在画约束力时，必须严格按照约束性质画出，不能随意取舍。不能随意取舍。v4画物体受力图时，必须注意区分一对平衡力是画物体受力图时，必须注意区分一对平衡力是对应单个物体的，而作用力与反作用力的关系是对应单个物体的，而作用力与反作用力的关系是指作用于两个物体的。指作用于两个物体的。v（五要点归纳（五要点归纳v5画受力图时，要注意应用二力平衡公理，要利画受力图时，要注意应用二力平衡公理，要利用二力构件，先行确定可确定的力的方向。用二力构件，先行确定可确定的力的方向。v6利用三力平衡汇交原理。利用三力平衡汇交原理。v（五要点归纳（五要点归纳v7在画物体系统受力图时，内力不能画出。如果在画物体系统受力图时，内力不能画出。如果所取的分离体是