从运动的角度,可以将物体分为两类:一类物体的运动不受周围物体的限制,这样的物体称为自由体,如不考虑空气阻力的飞机、炮弹、卫星等;另一类物体的运动受到周围物体的限制,这样的物体称为非自由体,如建筑结构中的水平梁受到支撑它的柱子的限制,火车只能在轨道上行驶等。限制非自由体某种运动的周围物体称约束,上面例子中,柱子是水平梁的约束,轨道是火车的约束。约束是通过直接接触实现的,当物体沿着约束所能阻止的运动方向有运动或运动趋势时,对它形成约束的物体必有能阻止其运动的力作用于它,这种力称为该物体的约束反力,即约束反力是约束对物体的作用,约束反力的方向恒与约束所能阻止的运动方向相反。事实上约束反力是一种被动力,与之相对应的力是主动力,即主动地使物体有运动或有运动趋势的力,如重力、拉力、牵引力等,工程中将主动力称为载荷。

为了更好地理解约束、约束反力以及平衡条件等知识点,引入自由度的概念。机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数的数目,也就是为了使机构的位置得以确定,必须给定的独立的广义坐标的数目称为自由度。不难理解,机构在空间最多有6个自由度,即3个分别沿坐标轴移动的自由度以及3个分别绕坐标轴转动的自由度。在平面问题中,机构最多有3个自由度,即2个分别沿坐标轴移动的自由度以及1个绕平面法线转动的自由度。根据约束反力的定义可知,构件每被限制1个自由度,就会产生1个约束反力。(www.daowen.com)

工程中大部分研究对象都是非自由体,它们所受约束是多种多样的,其约束力的形式也是多种多样的,因此在静力学中,将物体所受约束的主要性质保留,忽略次要因素,得到下面几种工程中常见的约束及约束反力。