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搭钮是工程中常睹的一种束缚

  铰链是工程中常见的一种约束。 它是由两个钻有直径相同的圆孔的构件采用圆柱定位销 钉所形成的连接,如图 1-20 a、b 所示。门窗用的活页就是铰链。 如销钉与圆孔接触是光滑的,则这种约束只能限制物体 A 在垂直于销钉轴线的平面内 任何方向的移动,而不能限制物体 A 绕销钉转动。因此,当外力作用在垂直于销钉轴线的 平面内时,铰链的约束力作用在圆孔与销钉的接触点上,垂直于销钉轴线,并通过销钉的中 心,如图 1-20c 中所示的 F → K ;不过,由于接触点 K 的位置未知,故该约束力的方向不 定。这种约束力通常用两个互相垂直且过铰链中心的分力 F → Kx 和 F → Ky 来表示(图 1-20d)。两分力的指向可以任意假设,其正确性要根据计算结果来判定。 (1) 二力构件 只在两点受力而处于平衡的构件称为二力构件。 如果二力构件是直杆, 称为二力杆或链 杆。如图 1-21 中,B、C 为光滑铰链连接,一般其约束力的方向不能确定,但当 BC 杆自重 不计时,它只在 B、C 两点受力而平衡,根据二力平衡公理可知, F → B 与 F → C 必沿 B、C 的连线,它们大小相等,方向相反,指向可假定(图中设为受压),根据计算结果再 判断其假定是否符合实际。链杆常常可视为一种约束。 应用二力构件的概念,可以很方便地判定结构中某些构件的受力方位。如图 1-22a 所示 三铰刚架,当不计自重时,其 CDE 部分只能通过铰 C 和铰 E 两点受力,是一个二力构件, 故 C、E 两点处的作用力必沿 CE 连线a 所示的三铰刚架, 自重不计, A 点处的作用力是否在铰 A 和 C 的连线 工程上常使用有铰链的支座,它们分为固定铰链支座与活动铰链支座。 (2) 固定铰链支座 固定铰链支座简称固定铰支座,它的一个部件固定于地面或机架。图 1-23a 为桥梁上所 用一种固定铰支座的构造示意图,图 1-23b、c 都是这种支座当梁在垂直于销钉轴线平面内 工作时的简图。这种支座的约束力如图 1-23d 所示。 (3) 活动铰链支座 活动铰链支座简称活动铰支座, 它是一种搁在几个滚子上的铰链支座。 这种支座也称辊 轴支座,其构造示意图如图 1-24a 所示。由于辊轴的作用,被支承的梁可沿支承面的切线方 向运动, 故当作用力作用在垂直于销钉轴线的平面内时, 活动铰支座的约束力必通过铰链中 心,垂直于支承面,指向待定。在此情况下这种支座的简图如图 1-24b、c 或 d;其约束力如 图 1-24e 所示。 图 1-24 图 1-25 在实际的桥梁上使用的固定铰支座和活动铰支座也限制梁沿销钉轴线方向的移动, 所以 会产生沿销钉轴线方向的约束力, 也就是说在此情况下固定铰支座可以产生三个相互垂直的 约束力,活动铰支座可以产生两个相互垂直的约束力。因此为全面反映支座对梁的约束,固 定铰支座有时如图 1-25a 中 A1 或 A2 处所示,用三根相互垂直的链杆表示,活动铰支座如图 1-25a 中 B1 或 B2 处所示,用两根相互垂直的链杆表示。值得注意的是实际桥梁由于宽度较 大,梁的每端沿横向设置有两个甚至两个以上铰支座(图 1-25a),因而固定铰支座所在的 截面处(图 1-25a 中的 A1- A2 处)梁是不能绕竖直轴(图中的 y 轴)转动的。在力学计算中 当作用在梁上的力位于其纵向对称平面内(xy 平面内)而可以简化成平面问题时,这种梁 才可以按图 1-25b 所示图式表示。 有的结构其一端用固定铰支座约束, 另一端用活动铰支座约束。 这样的支承方式称为简 支。简支的结构因温度变化而引起伸长或缩短时,支座的间距可相应地随之变化,从而可避 免产生温度应力。 (1) 滑动轴承 图 1-26a 是滑动轴承的示意图。如略去摩擦,轴颈与轴承是两个光滑圆柱面的接触。因 为滑动轴承不能限制轴沿轴线方向运动,所以它的约束力在垂直于轴线的平面内并通过轴 心,通常用互相垂直的两个分力表示。图 1-26b 表示滑动轴承的约束力。 图 1-26 图 1-27 (2) 滚动轴承 图 1-28 滚动轴承有两种最常见的形式,其示意图分别如图 1-27a 和图 1-28a 所示。前者称为径 向轴承(或向心滚子轴承),后者称为止推轴承(或向心推力轴承)。向心滚子轴承也只能 限制轴沿径向向外的运动,因此它的约束力也用横向平面内互相垂直的两个分力表示(图 1-27b)。至于向心推力轴承(止推轴承),它除了限制轴沿径向移动外,还能单方向地阻 止轴沿轴线方向移动, 所以它的约束力除了有横向平面内互相垂直的两个分力外, 还有沿轴 线b)。

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