约束和约束力

约束和约束力
一、概念
自由体：位移不受限制的物体叫自由体。

非自由体：位移受限制的物体叫非自由体。

工程中的绝大多数物体为非自由体。

其位移受到周围物
体的限制。

我们称起限制作用的周围物体为约束体。

约束：由约束体构成，对非自由体的某些位移起限制作用的条件。

工程中的约束总是以接触的方式构成的。

约束力：约束给被约束物体的力叫约束力。

（也称约束反力）
约束力的特点：
大小——待定方向——与该约束所能阻碍的位移方向相反
作用点——接触处
F F
约束， 约束
二、约束类型和确定约束力方向的方法
1、光滑接触面的约束：光滑约束(光滑指摩擦不计)
约束力作用在接触点处，方向沿接触面的公法线并指向受力物体，也称为法向
约束力，通常用F N表示。

N B
A
2、由柔软的绳索、链条或皮带构成的约束：柔 约束
柔 体只能受拉，所以它们的约束力是作用在接触点，方向沿柔 体轴线而背离物体。

通常用F T 表示。

不能称为二力构件
T2
T1
3、光滑铰链约束（向心轴承、 柱铰链、固定铰链支座等）
（1）向心轴承（径向轴承）
约束特点：
轴在轴承孔内，轴为非自由体、轴承孔为约束．
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。

接触点F x
轴承
轴F
F y
（2）光滑 柱铰链约束特点：由两 各穿孔的构件及 柱销钉组成。

约束力指向未定
A
其它 力未
A
光滑 柱铰链约束力：亦为孔与轴的配合问题，与轴承一样，可用两 正交分力表示。

铰链约束力可用两 正交分力表示。

其中 作用反作用
=-F C 'x ，F C y =-F C 'y
F Cx
一般不必 独分析销钉受力，当要 分析时，必须把销钉 独取 。

（3）固定铰链支座（其中一 构件固定在地面）
F
4、其它类型约束
（1）滚 支座(活 铰支座、辊轴支座
)
约束特点：在上述固定铰支座与光滑固定平面 间装 光滑辊轴而成。

约束力：构件受到垂直于光滑面的约束力。

（滚 ）活 铰支座（辊轴支座）
F的 方向也可
以向
注意其它构件和销钉连接 不同的约束形式
滑 与销钉
（双面约束）
于双面光滑约束
二力 的约束力
(2) 球铰链
F A y
Ax
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 ，但构件与球
心不能 任何移 。

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 不能预先确定的空间力，可用三 正交分力表示。

二力构件做为一种约束，其约束力沿两点连线方向。

（3）止推轴承（ 锥轴承）
约束特点：止推轴承比径向轴承多一 轴向的位移限制。

约束力：比径向轴承多一 轴向的约束力，亦 三 正
交分力F Ax，F Ay ，F Az 。

A
F A y Ax。