力学中的自锁现象

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。

1 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。

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。

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F 1）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F 2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。

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 。

α称为摩擦角，无论支持力F N 如何变，α保持不变，其大小仅由摩擦因数决定。

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,。

工程力学名词解释1、稳定性（stability）: 是指构件在压缩载荷的作用下，保持平衡形式不能发生突然转变的能力；2、约束力（constraint force）: 当物体沿着约束所限制的方向有运动或运动趋势时，彼此连接在一起的物体之间将产生相互作用力，这种力称为约束力。

3、光滑面约束（constraint of smooth surface）: 构件与约束的接触面如果说是光滑的，即它们之间的摩擦力可以忽略时，这时的约束称为光滑面约束。

4、加减平衡力系原理：在承受任意力系作用的刚体上，加上任意平衡力系，或减去任意平衡力系，都不会改变原来力系对刚体的作用效应。

这就是加减力系平衡原理。

5、二力构件：实际结构中，只要构件的两端是铰链连接，两端之间没有其他外力作用，则这一构件必为二力构件。

6、自锁：主动力作用线位于摩擦角范围内时，不管主动力多大，物体都保持平衡，这种现象称为自锁。

7、固体力学（solid mechanics）：即研究物体在外力作用下的应力、变形和能量，统称为应力分析。

8、材料科学中的材料力学行为：即研究材料在外力和温度作用下所表现出的力学性能和失效行为。

9、工程设计（engineering design）：即设计出杆状构件或零部件的合理形状和尺寸，以保证它们具有足够的强度、刚度和稳定性。

10、微元（element）：如果将弹性体看作由许多微单元体所组成，这些微单元体简称微元体或微元。

11、弹性体受力与变形特点：弹性体在载荷作用下，将产生连续分布的内力。

弹性体内力应满足：与外力的平衡关系；弹性体自身变形协调关系；力与变形之间的物性关系。

这是弹性静力学与刚体静力学的重要区别。

12、外力突变：所谓外力突变，是指有集中力、集中力偶作用的情形：分布载荷间断或分布载荷集度发生突变的情形。

13、控制面：在一段杆上，内力按某一种函数规律变化，这一段杆的两个端截面称为控制面。

据此，下列截面均可为控制面：1）集中力作用点的两侧截面；2）集中力偶作用点的两侧截面；3）均布载荷（集度相同）起点和终点处的截面。

中国地质大学（武汉）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 20141002513 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 。

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。

本讲主要内容
1、全约束力、摩擦角与自锁现象
2、考虑摩擦的平衡问题(几何法)
3、滚动摩阻的概念
1、全约束力、摩擦角
与自锁现象
(1)
全约束力和摩擦角
F max
A
摩擦锥
f
0j j ££1、全约束力、摩擦角与自锁
(2)
自锁现象
q
j j <=f 工程中常应用自锁条件设计一些机构或者夹具，比如千斤顶、压榨机、圆锥销等，使它们始终保持在平衡状态下工作。

应用这个条件，可以设法避免发生自锁现象，比如各种齿轮、凸轮传动机构中，就必须防止自锁现象发生。

1、全约束力、摩擦角与自锁
(2) 摩擦角的应用
a. 测定静摩擦系数
OB绕O 轴转动使物块刚开始下滑时测出OB转过的角θ，tanθ=f S, 即为两种材料间的静摩擦系数。

b. 确定斜面与螺纹的自锁条件
A
f
j q £
1、全约束力、摩擦角与自锁
c. 用摩擦角求解平衡问题
——求解临界平衡问题的几何法
对于某些临界平衡问题，因为摩擦力对应的是最大静滑动
摩擦力，此时全约束反力与法线间的夹角为摩擦角，将摩
擦力与支持力用全约束反力代替，能够减少平衡力系中力
的数量，从而为解题带来方便。

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。