适用：中职 机械 / 数控 / 机电 / 汽修 专业 · 零基础入门 · 知识技能实训课
走进实训车间看一看：
🔹 行车（天车）用钢丝绳吊着工件——工件掉不下来。
🔹 车床上的V形铁托着轴——轴滚不走。
🔹 汽车车门合页——门只能转，不能被拽下来。
🔹 台虎钳夹死的工件——既不能动，也不能转。
维修工、装配工要判断“螺栓会不会被拉断、支架会不会被压坏”，第一步就是画受力图——把零件受了哪些力都画清楚。
点击每个小节标题可展开/收起；图上按钮可切换“实物简图 / 受力图”。
自由体想往哪动就往哪动，没人管。
例：空中飞的足球。
非自由体运动被别的物体限制住了。
例：桌上的水杯、吊着的灯。
约束限制物体运动的周围物体。
约束力约束作用在物体上的力（也叫约束反力）。
| # | 场景（研究对象） | 主动力 | 被动力（约束力） | 专业 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 行车吊起的工件（工件） | 工件重力 G | 钢丝绳拉力 FT | 机械 |
| 2 | 工作台上放着的工件（工件） | 工件重力 | 台面支持力 FN | 机械 |
| 3 | V形铁上的轴（轴） | 轴的重力 | 两个斜面的支持力 | 机械 |
| 4 | 车床上切削的车刀（车刀） | 切削力 | 刀架给的 FAx、FAy、MA | 数控 |
| 5 | 车床主轴（主轴） | 皮带拉力、切削力、自重 | 前后轴承支反力 | 数控 |
| 6 | 机床压板（压板） | 螺母的压紧力 | 垫铁、工件的支持力 | 数控 |
| 7 | 减速器齿轮轴（轴） | 齿轮啮合力 | 两端轴承支反力 | 机电 |
| 8 | 挂在墙上的配电箱（箱体） | 箱体重力 | 膨胀螺栓、墙面的约束力 | 机电 |
| 9 | 电机座上的电动机（电机） | 电机重力、运转时的振动力 | 地脚螺栓、底座的约束力 | 机电 |
| 10 | 发动机活塞（活塞） | 燃气压力 | 连杆力、缸壁侧压力 | 汽修 |
| 11 | 制动踏板（踏板） | 驾驶员的踩踏力 | 销轴反力、推杆反力 | 汽修 |
| 12 | 停在坡道上的汽车（整车） | 整车重力 | 地面支持力、静摩擦力（驻车） | 汽修 |
| 13 | 举升机上的汽车（整车） | 整车重力 | 四个托臂的支持力 | 汽修 |
| 14 | 用扳手拧螺栓（扳手） | 手的拉力 | 螺栓头对扳手的反力 | 通用 |
| 15 | 机床防护门（门） | 门的重力、手的推力 | 合页约束力 | 数控 |
| 16 | 桥梁（桥面梁） | 车辆重量、自重、风力 | 固定铰、活动铰支座反力 | 通用 |
| 17 | 插在墙里的雨棚（雨棚） | 自重、积雪、风力 | 墙体固定端约束力和力偶 | 通用 |
| 18 | 压力容器端盖（端盖） | 容器内气体压力 | 连接螺栓的拉力 | 机电 |
| 19 | 户外广告牌（牌+立柱） | 风力、自重 | 立柱根部固定端约束力 | 通用 |
| 20 | 靠墙的梯子（梯子） | 人和梯子的重力 | 地面、墙面支持力（+地面摩擦力） | 通用 |
同一个力是主动力还是被动力，要看研究的是谁。按照作用力与反作用力，上一级零件受到的被动力，反过来作用到下一级零件上，就成了下一级的主动力（载荷）。点一点下面的“力的传递链”：
是什么：由绳子、钢丝绳、链条、传动带这些“软东西”形成的约束。
看得见的现象：绳子只能拉紧，你推它，它就弯了、软了。
车间实例：行车吊钩钢丝绳、带传动的V带、自行车/摩托车链条、发动机正时皮带。（下方动画逐个演示）
是什么：两个物体直接接触，接触面很光滑，摩擦小到可以不管。
看得见的现象：它只能顶住你，不能把你拉回来，也不阻止你沿表面滑。
车间实例：V形铁上放轴、机床导轨上的工作台、齿轮啮合的齿面。（下方有2D/3D动画）
是什么：两个零件用销轴（圆柱销）穿在一起，零件能绕销轴转，但不能往别处移。
车间/工程实例：桥梁一端固定铰、一端活动铰（热胀冷缩能伸缩）；发动机连杆与活塞销、曲柄连杆机构；机床防护门合页。（下方有2D/3D动画）
是什么：物体的一端牢牢固定在另一物体里，例如插进墙里的雨棚、夹在卡盘上的车刀、焊在立柱上的悬臂。（下方有2D/3D动画）
看得见的现象：既不能移动，也不能转动。
| 约束类型 | 限制了什么 | 约束力怎么画 | 几个未知量 | 车间例子 |
|---|---|---|---|---|
| 柔性约束 | 不让物体离开绳子 | 拉力FT，沿绳背离物体 | 1 | 钢丝绳、V带、链条 |
| 光滑面约束 | 不让物体压进接触面 | 压力FN，沿公法线指向物体 | 1 | V形铁、导轨 |
| 固定铰链支座 | 只能转，不能移 | 过铰中心，画 Fx、Fy | 2 | 合页、连杆销 |
| 活动铰链支座 | 只限制垂直支承面的移动 | 过铰中心，垂直支承面 | 1 | 桥梁滚轴端 |
| 固定端约束 | 不能移，也不能转 | Fx、Fy + 力偶M | 3 | 车刀、雨棚、焊接悬臂 |
力系：作用在同一个物体上的一群力。如果这些力都在同一个平面里，叫平面力系。按力的“作用线”怎么摆，分三种：
受力图：把要研究的物体（研究对象）从周围“拆”下来单独画（叫取分离体），再把它受的所有力都画上去的简图。
实训任务画出“光滑墙边用绳挂着的圆球”的受力图（球重 G，墙面光滑）。准备：铅笔、直尺、红蓝两色笔。
| 工程上看到的连接 | 简化成 | 约束力怎么画 |
|---|---|---|
| 钢丝绳、链条、皮带、吊索 | 柔性约束 | 沿绳、背离物体（只拉） |
| 地面、导轨、V形铁、齿面、气缸壁、光滑墙 | 光滑面约束 | 沿公法线、指向物体（只压） |
| 销钉连接、合页、向心推力轴承、底座固定的铰支座 | 固定铰链支座 | 两个正交分力 Fx、Fy |
| 辊轴、车轮在轨道上、只承受径向力的深沟球轴承（轴可轴向游动） | 活动铰链支座 | 垂直支承面一个力 |
| 焊接、插入墙体、刀架夹紧、卡盘夹紧 | 固定端 | Fx、Fy + 力偶 M |
| 两端铰接、中间不受力的杆（拉杆、撑杆、连杆、液压缸、推杆） | 二力杆 | 沿两铰点连线（拉或压） |
✘ 绳子力箭头指向物体。
✔ 绳子只能拉，箭头背离物体，沿绳子。
✘ 沿斜面画，或随手画竖直向上。
✔ 必须垂直于接触面（沿公法线），并指向物体。
✘ 凭感觉只画一个竖直力。
✔ 方向不确定，画两个互相垂直的分力 Fx、Fy。
✘ 跟固定铰链一样画两个分力。
✔ 有滚轮能滑，只画一个垂直于支承面的力。
✘ 只画 Fx、Fy。
✔ 固定端还限制转动，必须加约束力偶 M（弯箭头）。
✘ 受力图里还画着墙、绳子、支座。
✔ 取分离体后，约束要“拆掉”，用约束力代替。
✘ 把“球压墙的力”也画在球上。
✔ 只画研究对象自己受到的力；作用力和反作用力分别在两个物体上。
✘ 只画了重力和一个约束力。
✔ 先数清有几个接触/连接点，每处都要有约束力。
点选答案后会立即显示对错和解析。全部做完看总分。
举升机托臂托住车身是光滑面/面接触约束；减振器两端用销轴、衬套连接，相当于铰链约束。画受力图能判断托点位置对不对，防止车辆滑落。
车刀夹在刀架上是固定端约束，切削力会让刀杆“弯、转”——刀杆伸太长容易振刀、崩刃，就是力偶在“作怪”。
带传动、链传动是柔性约束：皮带只能受拉，张紧不够会打滑，太紧会压坏轴承。
吊钩上的几根吊索构成平面汇交力系。吊索夹角越大，每根绳受的拉力越大——所以规定吊索夹角一般不超过 120°。