1.2受力分析与受力图(课件）-高一《汽车机械基础》同步教学（北京理工大学出版社）

１. ２　受力分析与受力图 １.２.１　约束与约束反力 在各种机器和工程结构中， 每一构件都根据工作要求以一定的方式和周围其他构件相联系， 它的运动会因此而受到一定的限制。 凡是先给定用以限制物体某一方向运动的一切装置， 称为约束。上面所说的导轨、合页就分别是火车、门的约束。 约束作用于被约束体上的力称为约束反力， 约束反力阻碍物体沿某方向运动的趋势。它的大小和方向取决于主动力作用的情况和约束的形式， 通常是未知的， 要根据约束的性质来判断。约束反力的作用点， 则在所研究物体与约束的接触处。约束反力的方向必与该约束所限制的运动方向相反。 下一页 返回 １. ２　受力分析与受力图 物体的受力可以分为两类， 即主动力和约束反力。凡是能主动地使物体运动或有运动趋势的力， 称为主动力， 如物体受到的重力、风力、压力等。它们是物体的外力， 通常是给定的或可测定的。因此， 工程中常称主动力为载荷。 一般情况下， 约束反力是由主动力引起的， 因此它是一种被动力。 １.２.２　常见的约束类型及约束反力的画法 １. 柔索约束 绳索、链条、胶带、钢丝绳等柔性体都属于柔索约束。 上一页 下一页 返回 １. ２　受力分析与受力图 由于柔索约束只能限制物体沿柔索中心线伸长方向的运动， 只能承受拉力， 不能承受压力或弯曲， 因此， 柔索的约束反力方向一定是沿着柔索中心线而背离物体， 作用在柔索与物体的连接点。如图１－１４ （ａ） 所示，用钢丝绳悬挂一重物， 钢丝绳对重物的约束反力如图１－１４ （ｂ） 所示。 柔索的约束反力通常用符号ＦＴ表示。 ２. 光滑接触面（线） 约束 在研究平衡问题时， 如果物体相互接触且接触面之间的摩擦力很小， 与其他作用力相比可以忽略不计， 则这种接触称为光滑接触面约束。 上一页 下一页 返回 １. ２　受力分析与受力图 光滑接触面对物体的约束反力作用在接触处， 沿接触面的公法线指向受力物体。这种约束反力也常称作法向反力， 一般用符号ＦＮ 表示。光滑面可以是平面， 也可以是曲面。如图１－１５ 所示， 直杆在接触点Ａ、Ｂ、Ｃ 三处所受的约束反力分别为ＦＮＡ 、ＦＮＢ 、ＦＮＣ 。当略去摩擦时， 齿轮传动中一对齿的齿廓曲面间的接触也是光滑接触， 因而两齿轮的相互作用力ＦＮ、ＦＮ′一定沿着齿廓曲面在啮合点Ｋ 的公法线方向， 如图１－１６ 所示。 ３. 圆柱铰链约束 圆柱铰链简称铰链， 是由一个圆柱形销钉将两个或更多个构件连接在一起构成的， 如图１－１７ （ａ） 和图１－１７ （ｂ） 所示， 并假设销钉与圆孔的表面都是完全光滑的。 上一页 下一页 返回 １. ２　受力分析与受力图 圆柱铰链的计算简图如图１－１７ （ｃ） 和图１－１７ （ｄ） 所示。 圆柱铰链的约束反力作用在圆孔与销钉的接触点Ｋ， 通过销钉中心， 作用线沿接触点处的公法线， 如图１－１７ （ｅ） 所示的反力ＦＣ 。由于接触点Ｋ 的位置一般不能预先确定， 因此ＦＣ 的方向也不能预先确定。在实际计算中， 通常用过铰链中心的两个互相垂直的分力ＦＣｘ 、ＦＣｙ来代替ＦＣ ， 如图１－１７ （ｆ） 所示。 ４. 固定铰链支座 当圆柱铰链中有一构件固定时， 则称为固定铰链支座， 其结构和简图分别如图１－１８ （ａ）和图１－１８ （ｂ） 所示。 上一页 下一页 返回 １. ２　受力分析与受力图 显然， 固定铰链支座是圆柱形铰链的一种特殊情况， 故其约束反力的确定原则与圆柱形铰链约束反力的确定原则相同， 一般也分解为两个正交分力， 如图１－１８ （ｃ） 所示。 ５. 活动铰链支座 在铰链支座与支撑面之间装上辊轴， 就成为活动铰链支座， 如图１－１９（ａ）和图１－１９（ｂ）所示。 活动支座的约束反力ＦＮ 必垂直于支撑面， 并通过铰链中心， 指向未定。常用图１－１９ （ｃ）所示的简图来表示活动铰链支座。活动铰链支座的约束反力常用符号ＦＮ 表示， 如图１－１９ （ｄ）所示。 上一页 下一页 返回 １. ２　受力分析与受力图 １.２.３　受力分析与受力图 在解决力学问题时， 首先要应用有关力、约束和平衡等基本概念对所研究物体进行分析， 建立起实际物体的抽象化模型， 即进行受力分析， 其要点如下。 １. 取分离体 根据不同要求， 先要确定研究对象， 并将研究对象从物体中分离出来， 而把周围物体对它的作用用相应的力来替代， 这个过程即取分离体。取分离体实际上是显示物体之间相互作用力的方法， 只有把力显示出来， 才能应用平衡条件求解。 ２. 画受力图 上一页 下一页 返回 １. ２　受力分析与受力图 研究对象从物体中分离出来后， 把它看作是受力体， 然后对它进行受力分析， 画出它所受到的全部主动力和约束反力。 工程中， 常常遇到由几个物体通过一定的约束联系在一起的系统， 这种系统称为物体系统（简称物