02-2.4 工程中常见约束及约束力方向的确定(课件)
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工程力学之约束与约束力(PPT32页)
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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§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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工程中常见的约束类型和约束力ppt课件
7
图1-27 光滑铰链
第一章汽车常用构件力学分析
8
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
第一章汽车常用构件力学分析
9
刚性约束
第一章汽车常用构件力学分析
10
刚性约束
第一章汽车常用构件力学分析
11
光滑铰链约束实例3
刚性约束
第一章汽车常用构件力学分析
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
1、柔性约束
第一章汽车常用构件力学分析 Nhomakorabea2
柔性约束
第一章汽车常用构件力学分析
3
柔性约束
第一章汽车常用构件力学分析
4
刚性约束
第一章汽车常用构件力学分析
5
刚性约束
第一章汽车常用构件力学分析
6
刚性约束
光滑接触约束实例3
第一章汽车常用构件力学分析
18
例2
O
GD A
FE
B
P
FT
FD´
B
FA
D
O
A
G
FD
第一章汽车常用构件力学分析
19
例3
• 重量为G的均质杆AB，其B端靠在光滑铅垂墙的顶 角处，A端放在光滑的水平面上，在点D处用一水 平绳索拉住，试画出杆AB的受力图。
第一章汽车常用构件力学分析
20
例3
• 重量为G的均质杆AB，其B端靠在光滑铅垂墙的顶 角处，A端放在光滑的水平面上，在点D处用一水 平绳索拉住，试画出杆AB的受力图。
12
固定铰链支座
第一章汽车常用构件力学分析
13
约束与约束类型课件
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。
约束、约束力、力系、受力图PPT课件
（2）画出主动力。 （3）画出约束力。
FAx A FAy
F
C
B
F
C
B
F B
F
根据三力平衡汇交定理A支座
A
C B 的约束力可用合力FA表示。
F
F B
A
34
§2-3约束、约束力、力系和受力图的应用
例2-9 作构件ACB的受力图。
A
解 （1）取构件ACB为研究 对象，并画出分离体图。
C
F P
（2ห้องสมุดไป่ตู้画主动力。
27
§2-3约束、约束力、力系和受力图的应用
三、受力图 物体的受力分析
确定物体受了几个力，每个力的作用位置和力 的作用方向。 受力图： 将研究对象从周围物体（约束）中分离出来
，画出作用在研究对象上全部外力（主动力 和约束力）的简图。
28
§2-3约束、约束力、力系和受力图的应用
画受力图的步骤：
取分离体：设想把研究对象从周围的约束中分离出来，单独画 其简图。 画出主动力画：促使物体运动的力，其大小和方向常常已知， 如重力、水压力等，即物体本身就出现的力。 画出约束反力：大小和方向一般不知。
8
§2-3约束、约束力、力系和受力图的应用
光滑面约束实例：
9
§2-3 约束、约束力、力系和受力图的应用
光滑面的约束力：通过接触点，沿着公法线，指向物体。 （ 表示FN）
公法线
G
A FN
公切线
10
§2-3 约束、约束力、力系和受力图的应用
车轮与钢轨
光滑点接触：
B
FNB
凸轮与顶杆
A
FNA FNA A
41
2019/10/27
工程力学-约束与受力分析(41张)PPT
改变原力系对刚体的作用效应。
推论1：力的可传性原理-----力的滑移定理
2020/11/1
由此可见，对刚体而言，力的三要素：方向、大小、作用线
3 力的平行四边形法则
作用于物体上同一点上的两个力，可以合成为一个合力。 合力的作 用点仍在该点，合力的大小和方向是以这两个力为边所做的平行四边形 的对角线来表示。
2020/11/1
工程力学-约束与受力分析(41张)PPT 完美版
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简例1：简单刚架的受力分析
2020/11/1
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简例2：悬臂吊车的受力分析
Sc YA XA
2020/11/1
(6) 固定端约束
YA MA
XA
①固定端约束反力为XA， YA和 MA(约束反力偶)。 ② XA和YA限制对象X和Y两个方向的平动，MA限制对象的自由转动。
2020/11/1
固定端(插入端)约束受力的简化 固定端(插入端)约束实例
2020/11/1
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SB SB’
2020/11/1
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受力图是受力分析的结论最直观的表达形式。
力学模型图
受力图
高炉上料滑车
2020/11/1
工程力学-约束与受力分析(41张)PPT 完美版
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画受力图的基本步骤：
(1)取分离体：根据问题的要求确定研究对象，去掉约束，单独画出研究对象的 轮廓图形。
推论1：力的可传性原理-----力的滑移定理
2020/11/1
由此可见，对刚体而言，力的三要素：方向、大小、作用线
3 力的平行四边形法则
作用于物体上同一点上的两个力，可以合成为一个合力。 合力的作 用点仍在该点，合力的大小和方向是以这两个力为边所做的平行四边形 的对角线来表示。
2020/11/1
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简例1：简单刚架的受力分析
2020/11/1
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简例2：悬臂吊车的受力分析
Sc YA XA
2020/11/1
(6) 固定端约束
YA MA
XA
①固定端约束反力为XA， YA和 MA(约束反力偶)。 ② XA和YA限制对象X和Y两个方向的平动，MA限制对象的自由转动。
2020/11/1
固定端(插入端)约束受力的简化 固定端(插入端)约束实例
2020/11/1
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SB SB’
2020/11/1
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受力图是受力分析的结论最直观的表达形式。
力学模型图
受力图
高炉上料滑车
2020/11/1
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画受力图的基本步骤：
(1)取分离体：根据问题的要求确定研究对象，去掉约束，单独画出研究对象的 轮廓图形。
《约束和约束反力》课件
和大小。
计算过程中需要考虑物体的运动 状态，如静止、匀速运动或加速 运动等，以确定约束反力的作用
点。
根据约束类型和物体运动状态， 利用力学原理计算约束反力的大
小和方向。
多个约束反力的计算
在多个约束作用下，需要分别 计算每个约束反力的大小和方 向。
确定每个约束的类型和物体在 该约束下的运动状态，以便正 确计算约束反力。
03
约束反力
约束对被约束物体产生的 阻碍其运动的力。
约束反力的特点
总是与约束的运动方向相 反。
约束反力的作用点
作用在被约束物体的接触 点上。
约束反力的分类
01
柔性约束反力
由于柔性约束只能限制被约束物体在某个平面内的运动，因此柔性约束
反力作用在被约束物体的接触点上，并垂直于接触面。
02
刚性约束反力
由于刚性约束可以限制被约束物体在任意方向上的运动，因此刚性约束
提供反馈，提高飞机的稳定性和机动性。
感谢您的观看
THANKS
航空航天工程中的应用
在航空航天领域，约束反力对飞行器的性能和安全性具有 重要影响。例如，机翼受到空气的约束反力，这种约束反 力对机翼的气动性能和稳定性起着关键作用。
在火箭设计中，底部推进器受到燃料燃烧产生的约束反力 ，这种反力推动火箭升空。火箭设计需要精确计算和控制 这种约束反力的方向和大小，以确保火箭能够准确进入预 定轨道。
约束反力在工程中的应用
机械工程中的应用
约束反力在机械工程中起着至关重要的作用，它能够限制机 器部件的运动，确保机器的正常运转。例如，在汽车发动机 中，曲轴上的曲柄滑块机构受到一定的约束反力，限制曲轴 的转动角度，保证活塞的正常往复运动。
在机械设计中，工程师需要充分考虑各种约束条件，合理设 计机器的结构和运动方式，以最大程度地减小约束反力对机 器性能的影响。
计算过程中需要考虑物体的运动 状态，如静止、匀速运动或加速 运动等，以确定约束反力的作用
点。
根据约束类型和物体运动状态， 利用力学原理计算约束反力的大
小和方向。
多个约束反力的计算
在多个约束作用下，需要分别 计算每个约束反力的大小和方 向。
确定每个约束的类型和物体在 该约束下的运动状态，以便正 确计算约束反力。
03
约束反力
约束对被约束物体产生的 阻碍其运动的力。
约束反力的特点
总是与约束的运动方向相 反。
约束反力的作用点
作用在被约束物体的接触 点上。
约束反力的分类
01
柔性约束反力
由于柔性约束只能限制被约束物体在某个平面内的运动，因此柔性约束
反力作用在被约束物体的接触点上，并垂直于接触面。
02
刚性约束反力
由于刚性约束可以限制被约束物体在任意方向上的运动，因此刚性约束
提供反馈，提高飞机的稳定性和机动性。
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THANKS
航空航天工程中的应用
在航空航天领域，约束反力对飞行器的性能和安全性具有 重要影响。例如，机翼受到空气的约束反力，这种约束反 力对机翼的气动性能和稳定性起着关键作用。
在火箭设计中，底部推进器受到燃料燃烧产生的约束反力 ，这种反力推动火箭升空。火箭设计需要精确计算和控制 这种约束反力的方向和大小，以确保火箭能够准确进入预 定轨道。
约束反力在工程中的应用
机械工程中的应用
约束反力在机械工程中起着至关重要的作用，它能够限制机 器部件的运动，确保机器的正常运转。例如，在汽车发动机 中，曲轴上的曲柄滑块机构受到一定的约束反力，限制曲轴 的转动角度，保证活塞的正常往复运动。
在机械设计中，工程师需要充分考虑各种约束条件，合理设 计机器的结构和运动方式，以最大程度地减小约束反力对机 器性能的影响。
第四节常见约束及受力图演示文稿
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。
第2讲 2.1力的概念 2.2 工程中常见的约束及约束反力
力的作用线：线段所在直线
力的矢量：F 力的大小：F
Байду номын сангаас
四、 平衡的概念 工程中,平衡是指物体相对于地球处于静止状 态或匀速直线运动状态。
力系是指作用于被研究物体上的若干个力。如
果两个力系对物体的作用效应相同,则称为这两个 力系为等效力系。如果一个力与一个力系等效, 则此力称为该力系的合力,而该力系中的各个力称 为合力的分力。如果物体在一个力系的作用下处 于平衡状态,则该力系称为平衡力系。使一个力 系称为平衡力系的条件称为力系的平衡条件。
2. 加减平衡力系原理 在作用于刚体上的任意力系中，加上或去掉任何一个
平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效果。
推论 力的可传递性原理
作用于刚体上的力可沿其作用线移动到该刚体上任一 点，而不改变此力对刚体的作用效果。
3.力的平行四边形法则 作用于物体上同一点的两个力的合力也作用 于该点，且合力的大小和方向可用这两个力为 邻边所作的平行四边形的对角线来表示。
五、刚体的概念
在任何外力作用下，大小和形状保持不变的 物体，称为刚体。
六、 力的性质
1. 二力平衡条件 作用在刚体上 的两个力使刚体 平衡的必要与充 分条件是：这两 个力大小相等， 只受两个力作用，且处于平 方向相反，作用 衡状态的构件称为二力构件 在同一直线上。 即:二力等值，反向， 或二力杆 共线。
Fcx C
Fcy
2）可动铰支座 将固定铰支座用几 个滚轴支承面上，就称 为可动铰支座。可动铰 支座的受力与链杆约束 相同，因此可动铰支座 的约束反力垂直于支撑 面，通过铰链中心指向 未定。
C FR
2）可动铰支座 将固定铰支座用几个滚轴支承面上，就称为可动铰支座。 可动铰支座的受力与链杆约束相同，因此可动铰支座的约束反 力垂直于支撑面，通过铰链中心指向未定。
02-2.4 工程中常见约束及约束力方向的确定(课件)
静力学公理及常见约束
一般不必分析销钉受力，当要分析 时，必须把销钉单独取出．
静力学公理及常见约束
(3) 固定铰链支座
4、工程中常见约束及约束力方 向的确定
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。
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
F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
4工程中常见约束及约束力方向的确定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1具有光滑接触表面的约束光滑接触约束静力学公理及常见约束公法线切线4工程中常见约束及约束力方向的确定光滑支承接触对物体的约束力作用在接触处
4、工程中常见约束及约束力 方向的确定
静力学公理及常见约束
1、具有光滑接触表面的约束(光滑接触约束) FN
静力学公理及常见约束
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．
C
B
FB FC
4、工程中常见约束及约束力方 向的确定
可用二个通过轴心的正交分力 Fx, Fy 表示． Fy Fx
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．
4、工程中常见约束及约束力方 向的确定
静力学公理及常见约束
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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．
4、工程中常见约束及约束力方 向的确定
静力学公理及常见约束
光滑圆柱铰链约 束
4、工程中常见约束及约束力方 向的确定
静力学公理及常见约束
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．
4、工程中常见约束及约束力 方向的确定
静力学公理及常见约束
1、具有光滑接触表面的约束(光滑接触约束) FN
公法线
FN
切线
4、工程中常见约束及约束力方 向的确定
静力学公理及常见约束
FN
公切线
4、工程中常见约束及约束力方 向的确定
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．
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．
静力学公理及常见约束
当外界载荷变化时，接触点会变，则约束力的大小与Βιβλιοθήκη 向均 有改变．CB
FB FC
4、工程中常见约束及约束力方 向的确定
可用二个通过轴心的正交分力 Fx, Fy 表示． Fy Fx
4、工程中常见约束及约束力方 向的确定
FCy
C
F’Cx
FCx
F’Cy
两组约束力间互为作用和反作用关 系
FC x FC x , FC y FCy
一般不必分析销钉受力，当要分析 时，必须把销钉单独取出．
静力学公理及常见约束
(3) 固定铰链支座
4、工程中常见约束及约束力方 向的确定
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。
静力学公理及常见约束
4、其它类型约束
(1) 滚动支座
简图
4、工程中常见约束及约束力方 向的确定
约束特点：
FA FN
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。
静力学公理及常见约束
(2) 球铰链
4、工程中常见约束及约束力方 向的确定