自锁现象

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）。

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
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。

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。

自锁现象及其利弊摘要：力学中有一类现象，由于摩擦力的作用，当物体与接触面的某些物理量满足相应的条件时，无论给物体施以多大的力，都无法使物体在接触面上发生相对滑动，这种现象在机械学上称为“自锁”。

自锁是一种特有现象，自锁条件满足时，外力越大，物体保持静止的能力越强。

关键字：自锁现象、自锁条件、摩擦角、利弊1、引言自锁是生活中常见的一种力学现象，例如：在修建盘山公路时会考使坡度满足一定的条件，从而保证当汽车熄火时不会从坡上下滑。

又如，当两根钢管间满足自锁条件时，便可以用更省力的办法进行取用，再如，坚劈可以因摩擦自锁静止在墙缝或木头缝中……然而自锁现象也会带来许多麻烦：用水平力无法推动放在一定坡度坡上的物体，以一定角度拖地时拖把无法运动等等。

因此只有认清其本质原理，才能跟好的利用它自锁的定义是：仅在驱动力或驱动力矩作用下，由于摩擦使机构不能产生运动的现象。

2、自锁现象一、水平面上的自锁现象要想了解自锁，先得介绍两个物理量：摩擦角与全反力。

如图1，摩擦角的几何意义是：当两接触面间的静摩擦力达到最大值时，静摩擦力f m 与支持面的支持力N 的合力R 与接触面法线间的夹角即为摩擦角。

则设最大静摩擦因数为μ，最大静摩擦力为f m ； 即有：tan φ= f m /N =μ如图2，设B 对A 的支持力为N ，B 对A 的摩擦力为f ， 则N 与f 的合力R 叫做B 对A 的全反力。

显然，当R 与法线的夹角α≤φ时，tan α≤tan φ,所以f ≤f m ，A,B 间不会发生相对滑动。

进而由图3可得:φ方向对A 物体施以力F ，则该力沿水平方向的分量为：F x = Fsin α= F y tan α上式中F y 为F 竖直方向上的分量，以表示B 对A 的支持力，因为N ≥F y ，则：F x = F y tan α＜ Ntan φ= f m图一 图二F F y 图三说明无论F多大，其水平方向上的分量F x始终小于最大静摩擦力f m，即无论F多大，均不能使A，B间发生相对滑动，故为自锁。

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）。

自锁运行的观察自锁运行是指一个系统在其中一种条件下自身发生运行的现象。

在物理学中，自锁是指一个物体在受到外力作用后，由于自身结构或自身特征而使其停滞不动的现象。

自锁现象在生活中十分常见。

例如，当我们将门锁上后，再给门稍微用力推，门会立即停下来，不会继续打开。

这是因为门锁具有一个机械装置，当门关闭后，该装置会自动扣住门把手轴，使得门无法被轻易打开。

另一个例子是自行车的刹车系统。

当我们踏上刹车踏板时，刹车系统会自动将刹车钳夹紧刹车盘，制动车轮的转动，使车辆停下来。

在工程领域，自锁现象也得到了广泛应用。

例如，在机械传动系统中，常常使用螺纹结构来实现自锁功能。

螺纹装置在受到外力作用后，由于摩擦力的存在，使得螺纹结构自动锁定，防止系统发生松动或错位。

这在汽车发动机的气门机构中尤为重要，因为气门机构必须保持正常的工作状态，以确保引擎的正常运转。

除了物体本身的结构特征外，自锁还可以通过控制系统来实现。

例如，在电子设备的开关电源中，通常会采用反馈控制系统，以保护电路免受过压、过流等故障的影响。

当电流或电压超过设定值时，反馈控制系统会自动切断电源，从而保护电路免受损坏。

自锁现象的观察十分重要，因为它对于系统的稳定运行和安全性具有重要意义。

通过观察自锁现象，我们可以了解系统的工作原理和性能，及时发现问题并采取相应的措施，以确保系统的正常运行。

同时，观察自锁现象也有助于我们改进设计和制造工艺。

通过研究自锁现象发生的原因和机制，我们可以提高系统的可靠性和稳定性，减少故障的发生，提高系统的效率和性能。

总之，自锁运行的观察是一项重要的研究工作，它对于理解和改进系统的运行机制具有重要的意义。

通过对自锁现象的观察和研究，我们可以提高系统的可靠性和安全性，为人类的科技进步和生活带来更多的便利。

机械原理自锁现象的原理
机械原理中的自锁现象是指在一些机械系统中，当某个部件达到一定位置或角度时，会自动阻止其他部件的运动，从而保持系统的状态稳定。

自锁现象的原理可以通过以下几个方面来解释：
1. 摩擦力的作用：当机械系统中存在摩擦力时，当某个部件达到一定位置或角度时，由于摩擦力的作用，会使其他部件受到阻力而停止运动。

例如，螺丝或螺母的螺纹结构可以提供摩擦力，当螺丝拧入螺母时，螺丝和螺母之间的摩擦力会使它们自动锁定。

2. 斜面原理的应用：在倾斜平面上，当物体向下移动时，斜面的角度可以使物体受到一个向上的反作用力，从而阻止物体继续下滑。

这种原理在一些自锁装置中得到应用，例如倾斜平面上的坡销。

3. 锁死装置的设计：有些机械系统中设计了锁死装置，通过一个可移动或可固定的机构，在某个位置或角度上锁定其他部件。

比如，一个有摆线门齿的机构可以在特定位置上锁定其他部件的运动。

总体来说，机械原理中的自锁现象是通过合理设计和利用力学原理，使得机械系统在特定位置或角度时自动锁定，从而实现系统的稳定状态。

中国地质大学（）作业题目理论力学论文课程名称理论力学任课教师万珍珠学号姓名王庆涛学院数学与物理学院专业数学与应用数学自锁现象的原理、应用及避免摘要：自锁现象是力学中的一种特有现象，当自锁条件满足时，外力越大，物体保持静止的能力越强，这种现象在生产和生活中广泛存在，并根据自锁原理开发了大量的工具器械。

教学中要注意挖掘生活中鲜活的例子，有助于培养学生学习物理的兴趣。

力学中有一类现象称为“自锁现象”，利用自锁现象的力学原理开发出了各种各样的机械工具，广泛应用于工农业生产中，在日常生活中利用这一原理的现象也随处可见。

关键字：自锁一、自锁（定）现象1．什么是自锁现象一个物体受静摩擦力作用而静止，当用外力试图使这个物体运动时，外力越大，物体被挤压的越紧，越不容易运动，即最大静摩擦力的保护能力越强，这种现象叫自锁（定）现象。

出现自锁现象的原因是，自锁条件满足时，最大静摩擦力会随外力的增大而同比例增大。

[1]2．几种简单的自锁现象（１）水平面上的自锁现象如图1，重力为G 的物体，放置在粗糙的水平面上，当用适当大小的水平外力（如F1）推它时，总可以使它动起来。

但当用竖直向下的力去推（如F 2），显然它不会动。

即使F2的方向旋转一个小角度（如F 3），就算用再大的力它也不一定会运动。

只有当力的方向与竖直方向的夹角超过某一角度值时（如F 4），才可能用适当的力将它推动，而小于这一角度，无论用多大的力都不可能推动它。

这一现象称为静力学中的“自锁现象”。

这是因为所施力的水平分力在增大的同时，正向下的压力也同比例的增大。

[2]前者引起物体有运动趋势，后者提供最大静摩擦的条件保障。

满足什么条件才会发生自锁现象呢？这里先了解“摩擦角”概念。

当物体与支持面之间粗糙，一旦存在相对运动趋势，就会受静摩擦力作用，设最大静摩擦因数为μ（中学不要求最大静摩擦因数跟动摩擦因数的区别），则最大静摩擦力为f M ＝μF N 。

如图2中，水平面对物体的作用力F ′（支持力与静摩擦力的矢量和）与竖直方向的夹角α，满足μα==NF f tan 。

自锁现象的原理、应用与避免1. 什么是自锁现象？自锁现象是指在某些系统中，当外力作用消失后，系统会自动锁定在某种状态下，并且需要一定的外力才能解锁。

可以理解为系统内部的一种稳态。

自锁现象广泛存在于机械、电子、化学等各个领域，在一些设备和技术中起到重要的作用。

2. 自锁现象的原理自锁现象的原理可以从不同的角度进行解释。

以下是几种常见的原理：2.1 磁性材料的自锁现象某些磁性材料，在受到外部磁场的作用后，会呈现出自锁现象。

这是因为磁性材料内部的磁的矢量排列发生变化，使其在外力消失后仍能保持一定程度的磁化状态。

需要外力才能改变材料的磁化状态。

2.2 机械系统的自锁现象在某些机械系统中，存在自锁现象。

例如，在斜面上放置一个物体，当斜面的角度超过一定值时，物体会自动滑下，并保持在滑下的位置，需要一定的力才能再次将其移动。

这是因为在一定角度下，重力作用会将物体推向滑下位置，形成自锁现象。

2.3 电子系统的自锁现象在电子系统中，自锁现象也是很常见的。

例如，在数字电路中，某些状态的触发器可以保持其输出状态，即使输入信号消失。

这是通过正反馈回路实现的，形成了自锁现象。

3. 自锁现象的应用自锁现象可以在很多领域中应用，并发挥重要作用。

以下是一些常见的应用场景：3.1 自锁螺母自锁螺母是一种在拧紧之后能够自动锁紧的螺母。

它利用了材料的弹性和摩擦力，当外力作用消失后，螺母会自动锁紧，避免了因振动或其他原因导致螺母松动。

3.2 自锁开关自锁开关是一种在按下之后能够自动保持开关状态的开关。

它通常用于电器设备的开关控制，避免了长时间按住开关的不便。

3.3 自锁锁具自锁锁具是一种在关闭之后能够自动锁定的锁具。

它可以避免因疏忽导致锁具未锁紧而造成的安全隐患。

4. 避免自锁现象的方法虽然自锁现象在某些场景下有用，但在其他场景下可能会带来不便或安全隐患。

以下是避免自锁现象的几种方法：4.1 添加限制条件通过增加限制条件来避免自锁现象的发生。