自锁现象及其应用
自锁现象及其应用
自锁现象及其应用赵轩中国地质大学（武汉）工程学院摘要：在力学中有这样一类现象，当物体的某一物理量满足一定的条件时，无论施加多大的力，都不可能让它与另一物体之间发生相对运动，我们将这一现象称为“自锁”。
而在工程实际中，经常会见到“卡住”现象的发生，例如维修汽车时所用的千斤顶，但有时需要防止“卡住”现象的发生，如在使用变速器时，若发生“自锁”，则变速器就不能正常工作。
我们必须先将“自锁”的原理搞清楚，才能将其更好地运用到生活中去。
关键字：自锁现象;自锁条件;摩擦角;应用1.自锁现象1.1自锁现象的定义物体受静摩擦力作用而静止，当用外力试图使这个物体发生运动时，外力越大，物体被挤压的越紧，越不容易发生运动，即最大静摩擦力的保护能力越强，这种现象叫自锁现象。
1.2几种简单自锁现象（1）水平面内的自锁现象如图1，重力为G的物体，放置在粗糙的水平面上，用适当大小的水平外力F F推它时，总可以使它动起来。
但当用竖直向下的外力F F去推它，物体则不会发生运动。
即使F F的方向旋转一个小角度变成F F来推，物体也不一定会运动。
只有当力的方向与竖直方向的夹角超过一定角度变成F F时，用适当的力推动，物体才可能运动，而小于这一角度时，无论用多大的力都不可能推动它。
图1（2）竖直面内的自锁现象如图2，重力为G的物快紧靠在竖直粗糙的墙壁上，在适当大的外力作用下，可以保持静止。
当外力大到重力可以忽略不计时，无论用斜向上的力F F，还是用斜向下的力F F作用于物快上时，物体都将会保持静止。
与水平面不同的是，竖直面保证物体静止的最小力的条件有所不同。
当用斜向上的力维持物体平衡时，不一定满足自锁条件，而若用斜向下的力使物体平衡，一定满足自锁条件，否则不可能处于平衡。
图2（3）斜面内的自锁现象对于粗糙斜面上的物体，沿适当的角度施加适当大小的力也会出现自锁现象。
这种情况介于水平面和竖直面两种类型之间，这里不做赘述。
1.3自锁发生的条件（1）摩擦角以水平面内处于平衡的物体进行分析，当有摩擦时，支撑面对平衡物体的约束反力包含两个分量：法向分量F F和切向分量F F（即静摩擦力）。
华北理工大学机械原理案例分析04自锁及其实际应用
案例4 自锁及其实际应用【问题的引出】自锁现象，自锁的实际应用，要保证自锁，应该满足的条件，如何求得。
一、自锁现象无论驱动力有多大，由于摩擦的作用使机构不能运动的现象。
自锁在机械工程中具有重要的意义。
一方面，设计机构时，为使机器能实现预期的运动，必须避免在机械所需的运动方向上自锁；另一方面，有些机械的运动又需要具有自锁性能。
二、 机械的自锁条件确定方法确定自锁条件常用的方法有四种，可以根据具体情况选择不同的方法来进行。
1）、令0η≤根据效率的定义：当d f W W =，驱动力做功刚好克服有害阻力做功，此时，效率为零。
如果机器原来在运动，则此时机器仍能运动，但不能做任何有用功。
输出功为零，机器空转；若机器原来静止，由于d f W W =，没有多余的功驱动机器，所以机器仍然静止。
当d f W W >，0<η，即全部驱动功也不足以克服有害阻力做功。
这时，无论驱动力怎样增加，它所做的功总小于摩擦阻力做功，所以机器将减速运转，直至静止。
因此，机器的自锁条件为：0η≤当机器自锁时，不能做功，故此时的η已经没有一般意义上的含义，它只表明机器自锁的程度。
0<η时，η越大，自锁越可靠。
2）、令工作阻力（力矩）0≤ 1f r d dW W W W η==-工作阻力（力矩）0≤，说明阻力已经成为驱动力。
可以理解为，要想使机器运动，加工作阻力是不可行的，必须将其变换为驱动力。
3）、运动副自锁若机构中的运动副自锁，则机构肯定自锁。
对于移动副，当外力作用线在摩擦角范围内时即自锁；对于转动副，当外力作用于摩擦圆内时即自锁；对于螺旋副，当螺纹升角小于等于当量摩擦角时即自锁。
4）、根据自锁的本质，令运动方向的驱动力小于等于其摩擦力，从而求得自锁条件。
三、自锁的应用1. 螺旋千斤顶如图1，当转动手把将汽车顶起后，应保证无论汽车的重量G 多大，螺母不反转，即汽车不能下落，这就要求该千斤顶在反行程必须具有自锁性能，而正行程不能自锁。
生活中自锁的例子
生活中自锁的例子
自锁是指在某些机械装置中，通过一定的设计，使得装置在某种状态下能够自动锁定，从而达到安全保护的目的。
在我们的日常生活中，有很多自锁的例子，下面就来列举一些。
1. 汽车安全带
汽车安全带是一种自锁装置，当安全带被拉出一定长度后，会自动锁定，防止乘客在车辆行驶过程中因为突然刹车等原因而受伤。
2. 自行车锁
自行车锁是一种常见的自锁装置，当自行车锁插入锁孔后，会自动锁定，防止自行车被盗。
3. 电梯门
电梯门也是一种自锁装置，当电梯门关闭后，会自动锁定，防止人员误入电梯井道。
4. 窗户锁
窗户锁是一种常见的自锁装置，当窗户关闭后，会自动锁定，防止外界的风雨和入侵者进入室内。
5. 水龙头
水龙头也是一种自锁装置，当水龙头关闭后，会自动锁定，防止水流不断流出，造成浪费。
6. 燃气灶
燃气灶也是一种自锁装置，当燃气灶关闭后，会自动锁定，防止燃气泄漏，造成安全事故。
7. 保险柜
保险柜是一种常见的自锁装置，当保险柜关闭后，会自动锁定，防止贵重物品被盗。
8. 酒店房间门锁
酒店房间门锁也是一种自锁装置，当房间门关闭后，会自动锁定，防止他人进入房间。
9. 邮箱锁
邮箱锁也是一种自锁装置，当信箱关闭后，会自动锁定，防止信件被盗。
10. 钥匙锁
钥匙锁是一种常见的自锁装置，当钥匙插入锁孔后，会自动锁定，防止门被非法开启。
以上就是生活中常见的自锁装置的例子，这些自锁装置的设计，不仅方便了我们的生活，还保障了我们的安全。
自锁现象的理论阐述及应用举例
Ｈ ｓ ｇ ｅ ｔ ｔ ａ ｅ ｕ ｇ ｓ ｓ ｈ ｔ
ｆｒ ｏ ｌ ｎ ｕ ｇ ， ｏ ｍ ｆ ａ ｇ ａ ｅ Ｃ ｒ ｅ ｔ ｏ ｏ ｒ ｃ ｉ ｎ ｏ ｆ
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１自锁 原 理 在 电 工攀 登 电线 杆 用 的脚 套 钩 中 的 应 用 ，
如 图 ３１ －ａ所示 为攀登 电线杆时所采用的脚 套钩 。 套钩的尺 寸ｊ 、电线
杆直径 Ｄ、静摩擦 因数 均为已知 。在工作时，为 了 保证 安全，要求脚
套钩不会下滑 。 根据 宜锁原理
ｆ Ｉ １
、 只能位于各自的摩擦 角内；同时， 两力的交点 ｃ。为同时满足这
ｃ ｍ ｎ ａｒ 。 ｏ ｍｅ ｔ ｙ
（ｕ ａ ， １ ９ ：９ ） Ｎｎｎ ９ １ １５ ． Ｉ ｔ ｉ ｎ ｈｓ
Ａ ｓａ ｅ ｂ Ｈ ｒ ｅ ｓ ｔｔ ｄ ｙ ａｍｒ
自锁的原理及应用
自锁的原理及应用1. 引言自锁是一种常见的机械原理，适用于各种工程和日常生活中的应用场景。
自锁装置可以固定物体或机械零件在特定位置，防止其自行松动或脱落。
本文将介绍自锁的原理、分类以及应用领域。
2. 自锁的原理自锁的原理基于一种特殊的机械结构，在特定的环境下能够自动保持固定状态。
其主要原理有：•摩擦力：通过增大两个物体之间的摩擦力，使其自锁。
例如，在螺纹结构中，螺纹的倾斜角度和摩擦系数可以决定是否自锁。
•斜面角度：在斜面上放置物体，当物体受到外力时，在特定角度下，斜面会产生向上的力，将物体固定在其位置上。
•弹性力：利用弹性力原理，例如，弹簧可以产生力来使物体自锁。
•惯性力：通过利用物体的惯性，使其自锁。
例如，旋转物体可以通过离心力产生自锁。
3. 自锁的分类自锁装置根据其工作原理和结构可以分为多种类型。
以下是常见的自锁装置分类：3.1. 螺纹结构螺纹结构是最常见的自锁装置类型之一。
利用螺纹的摩擦力和斜面角度，可以达到稳定固定的目的。
螺纹结构广泛应用于螺栓、螺母等连接零件，能够有效防止因振动而发生松动。
3.2. 锁紧螺钉锁紧螺钉是一种通过旋转达到锁紧效果的自锁装置。
其结构包括一个带有斜坡的螺钉和一个垫圈，当螺钉旋转时，斜坡将垫圈挤压在一起，达到自锁的效果。
锁紧螺钉广泛应用于机械设备的防松动装置。
3.3. 弹性夹紧器弹性夹紧器是一种利用弹性力实现自锁的装置。
它通常由一对夹紧部件组成，其中至少一个部件具有弹性。
当两个部件夹紧在一起时，由于弹性力的作用，可以实现自锁效果。
弹性夹紧器常用于紧固装置、夹具等领域。
3.4. 离心力自锁离心力自锁是一种利用物体在旋转时产生的离心力来达到自锁效果的装置。
例如，某些离心离合器利用转子在高速运转时的离心力将其排除在工作区域之外，实现稳定工作状态。
4. 自锁的应用自锁装置广泛应用于各种领域和场景，以下是一些常见的应用：•机械工程：自锁装置在机械装配中起着重要的作用，可以保证机械设备的安全和稳定运行。
力学中的自锁现象及应用
力学中的自锁现象及应用摘要自锁现象是力学中的特殊现象，在生活和工业生产当中应用广泛，论文对力学自锁现象的定义、产生原因及生活工程中的实际应用进行了总结和研究，了解了自锁现象产生的机理和生活中常见自锁现象的实质，明确了自锁现象是高技术机械的基础利用自锁原理可以设计一些机巧的机械、自锁现象有利有弊，破坏了自锁条件即可解除不需要的自锁及利用自锁原理设计的机械能够解决很多实际问题。
通过对力学自锁现象的研究和应用分析，深入的了解力学中的自锁现象，为自锁现象更为广泛的应用于实际打下理论基础。
关键词: 自锁现象；自锁条件；自锁应用1 引言力学是物理学的一个分支。
它记述和研究人类从自然现象和生产活动中认识及应用物体机械规律的历史。
我国古代春秋时期墨翟及其弟子的著作《墨经》(公元前4~公元前3世纪) 中，就有涉及力的概念，对杠杆平衡、重心、浮力、强度、刚度都有叙述。
东汉《尚书纬·考灵曜》、《论衡》等古籍中也零星有力学知识记载。
宋代李诫在《营造法式》中指出梁截面高与宽之比以3:2为好。
沈括则在《梦溪笔谈》记载了频率为1:2的琴弦共振，既固体弹性波的空腔效应等力学知识。
可看出作者谓造诣高深。
另一方面：秦代李冰父子在四川岷江，领导人民建造的惠及今人的世界级水利工程，都江堰。
约建于591~599年的赵州桥，跨度37.4米，采用拱券高只有7米的浅拱；1056年建成的山西应县木塔，采用筒式结构和各种斗拱，900多年来经受过多次地震的考验。
汉代张衡创造了复杂精密的浑天仪和地动仪；三国时的马钧创造了指南车和离心抛石机]1[。
从中可看出中国先人对力学的认识是深刻，对力学的运用是充满令人敬佩的智慧的。
在近代和现代，力学随着研究内容的深入和研究领域的扩大逐渐形成各个分支，近年来又出现了跨分支、跨学科综合研究的趋势。
周培源有言：力学不独在物理学中占极重要的地位，并且对于天文学及各种工程学皆有极大的贡献。
天文学中的天体力学，即解释各行星围绕太阳运动的学问，是一种根据于力学各定律的计算，它的理论结果和天文测量甚为吻合。
机械自锁现象的原理与应用
机械自锁现象的原理与应用1. 什么是机械自锁现象机械自锁现象是指在机械系统中，由于一些特殊的结构和力学原理导致的一种现象，当外部施加的力或扭矩在一定范围内时，系统会自动产生一个内部反作用力或扭矩，使得系统处于锁定状态，不会发生进一步运动或变形。
2. 机械自锁现象的原理机械自锁现象的原理主要涉及以下几个方面：2.1 摩擦力和力矩平衡在机械系统中，当存在摩擦力作用时，可以通过调节摩擦系数或施加外部力矩来实现力矩平衡，从而使得系统处于自锁状态。
摩擦力能够抵消外部施加的力或扭矩，使得系统不发生进一步运动。
2.2 可逆装置机械系统中常常运用可逆装置来实现自锁现象。
可逆装置在一定条件下能够使得机械系统处于自锁状态，同时能够在需要时解锁。
这种装置通常包括螺纹、齿轮、滑块等机械结构。
2.3 惯性力和离心力在一些旋转系统中，惯性力和离心力的作用能够导致机械系统产生自锁现象。
当旋转速度或角速度达到一定阈值时，惯性力和离心力会产生一个反向的力矩，使得系统处于自锁状态。
3. 机械自锁的应用机械自锁现象在工程领域中有着广泛的应用，下面列举了几个常见的应用场景：3.1 螺纹连接螺纹连接是一种常见的机械自锁应用，它通过螺纹结构的设计，使得螺纹连接处产生摩擦力，从而使得连接处不会松动或者自动松开。
螺纹连接广泛应用于机械设备的组装中，如螺栓连接、螺母连接等。
3.2 斜轮离合器斜轮离合器是一种利用摩擦力实现自锁的装置，广泛应用于机械传动系统中。
斜轮离合器通过改变轮齿的接触角度，使得系统在正常工作状态下保持自锁，并能够在需要时实现解锁。
3.3 离合器离合器是一种常见的机械自锁装置，它通过摩擦力的调节达到自锁的效果。
离合器广泛应用于汽车、机械设备等领域，在车辆行驶和机械传动过程中起到自锁的作用。
3.4 倒车挡倒车挡是一种实现自锁的机械装置，在汽车变速器中经常使用。
倒车挡通过齿轮系的设计，使得车辆在倒车状态下能够保持自锁，避免发生滑行或自动换挡等情况。
自锁现象及其应用
自锁现象及其应用赵轩中国地质大学（武汉）工程学院摘要：在力学中有这样一类现象，当物体的某一物理量满足一定的条件时,无论施加多大的力，都不可能让它与另一物体之间发生相对运动，我们将这一现象称为“自锁”。
而在工程实际中，经常会见到“卡住”现象的发生，例如维修汽车时所用的千斤顶,但有时需要防止“卡住”现象的发生，如在使用变速器时，若发生“自锁”，则变速器就不能正常工作。
我们必须先将“自锁”的原理搞清楚，才能将其更好地运用到生活中去。
关键字：自锁现象;自锁条件;摩擦角；应用1。
自锁现象1.1自锁现象的定义物体受静摩擦力作用而静止,当用外力试图使这个物体发生运动时，外力越大，物体被挤压的越紧，越不容易发生运动,即最大静摩擦力的保护能力越强，这种现象叫自锁现象。
1.2几种简单自锁现象（1）水平面内的自锁现象如图1，重力为G的物体，放置在粗糙的水平面上，用适当大小的水平外力推它时，总可以使它动起来.但当用竖直向下的外力去推它，物体则不会发生运动.即使的方向旋转一个小角度变成来推，物体也不一定会运动。
只有当力的方向与竖直方向的夹角超过一定角度变成时，用适当的力推动，物体才可能运动，而小于这一角度时，无论用多大的力都不可能推动它。
图1（2)竖直面内的自锁现象如图2，重力为G的物快紧靠在竖直粗糙的墙壁上,在适当大的外力作用下，可以保持静止。
当外力大到重力可以忽略不计时，无论用斜向上的力，还是用斜向下的力作用于物快上时，物体都将会保持静止.与水平面不同的是，竖直面保证物体静止的最小力的条件有所不同。
当用斜向上的力维持物体平衡时,不一定满足自锁条件，而若用斜向下的力使物体平衡,一定满足自锁条件，否则不可能处于平衡。
图2（3）斜面内的自锁现象对于粗糙斜面上的物体，沿适当的角度施加适当大小的力也会出现自锁现象。
这种情况介于水平面和竖直面两种类型之间，这里不做赘述.1。
3自锁发生的条件（1）摩擦角以水平面内处于平衡的物体进行分析，当有摩擦时,支撑面对平衡物体的约束反力包含两个分量：法向分量和切向分量（即静摩擦力）.这两个分量的合力称为支撑面的全约束反力，简称全反力，它的作用线与接触面的公法线成一偏角α,。
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自锁现象及其应用
赵轩
中国地质大学（武汉）工程学院
摘要：在力学中有这样一类现象，当物体的某一物理量满足一定的条件时，无论施加多大的力，都不可能让它与另一物体之间发生相对运动，我们将这一现象称为“自锁”。
而在工程实际中，经常会见到“卡住”现象的发生，例如维修汽车时所用的千斤顶，但有时需要防止“卡住”现象的发生，如在使用变速器时，若发生“自锁”，则变速器就不能正常工作。
我们必须先将“自锁”的原理搞清楚，才能将其更好地运用到生活中去。
关键字：自锁现象;自锁条件;摩擦角;应用
1.自锁现象
1.1自锁现象的定义
物体受静摩擦力作用而静止，当用外力试图使这个物体发生运动时，外力越大，物体被挤压的越紧，越不容易发生运动，即最大静摩擦力的保护能力越强，这种现象叫自锁现象。
1.2几种简单自锁现象
（1）水平面内的自锁现象
如图1，重力为G的物体，放置在粗糙的水平面上，用适当大小的水平外力推它时，总可以使它动起来。
但当用竖直向下的外力去推它，物体则不会发生运动。
即使的方向旋转一个小角度变成来推，物体也不一定会运动。
只有当力的方向与竖直方向的夹角超过一定角度变成时，用适当的力推动，物体才可能运动，而小于这一角度时，无论用多大的力都不可能推动它。
图1
（2）竖直面内的自锁现象
如图2，重力为G的物快紧靠在竖直粗糙的墙壁上，在适当大的外力作用下，可以保持静止。
当外力大到重力可以忽略不计时，无论用斜向上的力，还是用斜向下的力作用于
物快上时，物体都将会保持静止。
与水平面不同的是，竖直面保证物体静止的最小力的条件有所不同。
当用斜向上的力维持物体平衡时，不一定满足自锁条件，而若用斜向下的力使物体平衡，一定满足自锁条件，否则不可能处于平衡。
图2
（3）斜面内的自锁现象
对于粗糙斜面上的物体，沿适当的角度施加适当大小的力也会出现自锁现象。
这种情况介于水平面和竖直面两种类型之间，这里不做赘述。
1.3自锁发生的条件
（1）摩擦角
以水平面内处于平衡的物体进行分析，当有摩擦时，支撑面对平衡物体的约束反力包含两个分量：法向分量和切向分量（即静摩擦力）。
这两个分量的合力称为支撑面的全约束反力，简称全反力，它的作用线与接触面的公法线成一偏角α，。
当物快处于平衡状态时，静摩擦力达到最大值，偏角α也达到最大值φ。
全反力与法线间的夹角的最大值φ称为摩擦角。
令静摩擦系数为，可知：
===
即：摩擦角的正切值等于静摩擦系数。
（2）自锁的条件
物体平衡时，静摩擦力总是小于或等于最大静摩擦力，即，因而全反力与接触面公法线夹角α也总是小于或等于摩擦角φ，即
φ
因此，当物体平衡时，全反力的作用线，一定在摩擦角之内。
由摩擦角的上述性质可知：如果全部主动力的合力的作用线位于摩擦角之内，此时，无论主动力的合力的数值多大，因其在沿接触面公切线方向的分力不会大于最大静摩擦力，
支撑面总可以产生一个全反力与主动力的合力相平衡，从而使物体处于平衡状态，即
自锁，这便是自锁的条件。
反之，当主动力的合力作用线在摩擦角之外时，无论主动力的合力数值多小，物体都将产生运动。
2.自锁现象的应用
图3登高脚扣
自锁现象在力学中应用极其广泛，在生活、生产中也随处可见，比如，有时候停电了，去外面我们有时可以看到维修电力的工人需要爬上电线杆，而登高对人来说是很困难的，所以他们脚上都会穿上特制的设备，这个设备就是根据自锁制造的“登高脚扣”（图3）,它的发明方便了人们的工作生活。
一般脚扣是一对用机械强度较大的金属材制作，用于承受人体重量。
脚扣弯成略大于半圆形的弯扣，确保扣住电线杆，保证足够的接触面。
内侧面附有摩擦因数较大的材料，扣的一端安装脚踏板。
使用时，弯扣卡住电杆，当一侧着力向下踩时，形成两侧向里的挤压，接触面产生向上的摩擦力，且向下踩的力越大，压力也越大，满足自锁条件，因而不会沿杆滑下。
只需两脚交替上抬就可爬上电线杆。
还有一种应用自锁原理的设备我们也很熟悉，这个东西在汽车修理店我们会经常看到，那就是架起汽车时用到的“千斤顶”（图4），千斤顶又称机械式千斤顶，是由人力通过螺旋副传动，螺杆或螺母套筒作为顶举件。
普通螺旋千斤顶靠螺纹自锁作用支持重物，构造简单，推动手柄，使丝杆的螺纹沿着底座螺纹槽慢慢旋进而顶起重物。
并在顶起重物后，重物和丝杆能保持状态，停在任何位置不自动下降。
即达到自锁状态。
只要螺纹升角满足丝杆材料与底座材料之间的自锁条件，在材料强度的允许范围内，无论多重的物体它都能举起。
图4螺旋千斤顶
图5是管钳，有时候家中的水管堵塞了，我们会叫来水工，他们就会拿出随身带的工具，最常见的就是这种管钳，这个是水工作业的常用工具，其原理也是自锁原理，钳口部分里外的宽度稍有不同，外部稍宽，固定柄架与活动杆横向保留一定间隙。
当钳口卡住管子时，用力扳手柄会使钳口和管之间的挤压更紧，使钳口与管形成自锁。
从而拧动水管，达到其应有的作用。
图5管钳
自锁现象是力学中的特殊现象，在我们的生活中被广泛应用，然而自锁现象有利也有弊，有时需要自锁，有时却需要避免自锁，所以我们研究后知道，只有破坏自锁条件才能避免自锁，通过这次对自锁现象的分析，明白只有我们熟悉自锁的原理，才能在今后的生活应用中正确的运用。
参考文献：
【1】《理论力学》中国地质大学（武汉）长春地质学院成都地质学院合编中国地质大学出版社【2】《力学中的自锁现象及应用》百度网络
【3】《生活中的自锁现象及其意义》百度网络。