自锁现象
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。
摩擦角与自锁现象
在自锁情况下，主动力的合力FR 与法线间的夹
角 ≤ ，因此，FR 与全被动力 FRA 必能满
足二力平衡条件， 且 = ≤ 如图 所示。
2．不发生自锁的条件
如果全部主动力的合力 FR 的作 用线
在摩擦角
之外，则无论这个力怎样小，物
块一定会滑动，这种现 象称为不自锁现象。
3．利用摩擦角测定静摩擦因数
因为当物块处于临界状态时
求得摩擦因数，即
= tan = tan
4．斜面的自锁条件
一质量为m的物块恰好静止在倾角为θ斜面上。现对
物块施加一个竖直向下的恒力F，如图所示。则物块
A．仍处于静止状态
A
B．沿斜面加速下滑
F
C．受到的摩擦力不变
D．受到的合外力增大
θ
4/5/2024
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摩擦角和自锁现象
一、摩擦角
1．支承面的全约束力
当有摩擦时，支承面对平衡物体的作
用力包含支持力FN和切向静摩擦力Ff。
这两个分力的矢量和：FRA = FN + Ff 。
称为支承面的全被动力，它的作用线与接
触面的公法线成一偏角 ，如图所示。
2．摩擦角
当物块处于平衡的临界状态时，静摩擦力
达到确定的最大值，偏角
物块平衡时，静摩擦力不一定达到最大值，
可在零与最大值Fmax之间变化，所以全被
动力与法线间的夹角 也在零与摩擦角
之间变化，即
由于静摩擦力不可能超过最大值，因此全
被动力的作用线也不可能超出摩擦角之外，
即全约束力必在摩擦角之内。
1．自锁现象
如果作用于物块的全部主动力的
合力FR的作用线在摩擦角
自锁现象与摩擦角
②
联立①②式得 sin cos mg F
现考察使上式成立的 角的取值范围。注意到上式右边总大于零，且当 F 无 限大时极限为零，有 sin cos 0 ，即 tan
当 0 时，不管拖杆方向用多大的力都推不动拖把，这里 0 是题中所定义
。
的临界角，即临界角的正切为 tan0
于平衡状态，由水平方向合力为零得 F cos FR cos
则 F 的功率 p Fv cos FRv cos
在 从 0 逐渐增大到90 的过程中， FR 逐渐减小，则功率 p 逐渐减小。
φ F
θ
mg
FR
F 图7
例题 3（2013 年山东高考卷）如图 8 所示，一质量 m 0.4kg 的小物块，以
[1]章靖昊.应用摩擦角分析平衡问题的探讨——从2017年高考全国卷Ⅱ第16题说起[J].湖南中学理,2017,32(11):7173. [2]殷勇.巧用摩擦角解决力学问题[J].物理教学,2012,34(12):37-39.
[3]薄宏超.挖掘高考热点 解密自锁现象[J].湖南中学物理,2013,28(03):65-66+18.
FR
N
F
f
θ
mg
其中 tan 1 ，
可见 F 有最小值，所以 F 先减小后增大， A 正确； B 错误；
F 的功率： p Fv cos mgv cos mgv
cos sin 1 tan
可见在 从 0 逐渐增大到90 的过程中， tan 逐渐增大，则功率
拖把的正压力的比值为 。已知存在一临界角0 ，若 0 ，则不管沿拖杆方向 的推力多大，都不可能使拖把从静止开始运动。求这一临界角的正切tan0 。
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
ｃ ｎ ｅ ｔ ｏ ｔ ｎ
ｗｅ １ １ ．
ｔ ｆａ ｔ ｒｓ ｗｏ ｃ ｏ ．
ｅ ｏ ｒｒ ｒｓ’
ｅ ｒ ｒ ｒ ａ ｅ ｔ Ｃ Ｂｔ ｎ ｃ ｕ ｄ ｂ ａｔ ｔ ｅ ｅ ｄ ａ ｔｉ ｉ ｙ ｒ ｏ ｓ ｅＩ ｔ ｄ ｏ Ｏ ｅ ｔ ｏ ｌ ｅ ｈ ｎ ｃ ｖ ｔ ｉ ｔ ｔ ａ ｈ ｒ ｗ ｎｔ ｌ ａ ｎ ｒｓ ｔ ｈ ｖ ａ ｄ ｅ ｉ ｓ ｇ ｔ ｆ ｈｅ ｅ ｃ ｅ ａ ｓ ｅ ｒ ｅ ｏ ａ ｅ ｅ ｐ ｎ ｉ ｈ
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
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。
自锁现象及其利弊解析
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
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）。
高中物理自锁现象
tan f
FN
Ｆ′ f
ＦN α
问题分析
设用斜向下的推力F作用于物体，方向与竖直方向成θ
FN mg F cos F sin FN
ＦN f
F sin (F co s m)g
θ
Ｆ
sincosmg F趋于无穷大时仍然成立
F
sincos0
斜面上的物体不自由滑落的条件：
tantan F 斜面上的物体受到外力F的作用，当F与F1 之间的夹角小于θ时，仍然处于自锁状态， 物体保持静止。
自锁现象的应用
F Ff
θθ
F1
F2 F
N
(a)
(b)
(cG)
如图所示，由两根短杆组成的一个自锁起重吊钩，将它放入被吊的空罐内，使其张开一定的夹角压紧在罐 壁上，其内部结构如图（b）所示。当钢绳匀速向上提起时，两杆对罐壁越压越紧，若摩擦力足够大，就 能将重物提升起来，罐越重，短杆提供的压力足够大，称为“自锁定机构”。若罐重力为G，短杆与竖直 方向夹角为θ=60º，求吊起该重物时，短杆对罐壁的压力（短杆的质量不计）
的。人们巧妙的运用自锁原理发明了高脚扣，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。
图（3-2-3）力 M 的分解
M F
当 R O时
自锁运行的观察
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。
自锁现象与摩擦角
v0 2m / s 的初速度，在于斜面成某一夹角的拉力 F 作用下，沿斜面向上做匀加 速运动，经 t 2s 的时间物块由 A 点运动到 B 点， A 、 B 之间的距离 L 10m 。
已知斜面倾角 30 ，物块与斜面之间的动摩擦因数 3 。重力加速度 g 取
3
10m / s （1）求物块加速度的大小及到达 B 点时速度的大小。 （2）拉力 F 与斜面的夹角多大时，拉力 F 最小？拉力 F 最小值是多少？
FRmax
N
φm
fsm
F
φm：摩擦角
摩擦角和摩擦因数表示材料摩 擦性质的物理量；
tan m
f sm N
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
在其他因素变化时，只要接触 面的摩擦因数不变，全反力的 方向就不会变，这不仅减少了 物体的受力个数，且使问题大 大简化，这是物理学研究中处 理力学问题的重要思想方法；
02 摩擦角
【2017年高考全国卷II第16题】
如图1，一物块在水平拉力F的作用下沿水平桌面做匀速直线运动。若保持F
的大小不变，而方向与水平面成60°，物块也恰好做匀速直线运动。物块
与桌面间的动摩擦因数为（ ）
FR φm
fm
摩擦角
tanm
f N
两次摩擦角不变：
F mg
F cos 60 mg F sin 60
解得， 3
3
02 摩擦角---拉密定理
F'sin ' f '
F sin (mg F cos)
滑动
F mg
自锁
F sin F cos
tan
02 摩擦角
定义：当物体与接触面间存在弹力和摩擦力时，把接触面对物体的弹力N和摩擦 力f的合力称做支撑面的全反力FR。当摩擦力为滑动摩擦力时，全反力与支持力 间的夹角最大,称为摩擦角。
机械原理自锁现象的原理
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。
自锁现象的原理、应用与避免
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
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。
摩擦角与自锁现象
3．利用摩擦角测定静摩擦因数 因为当物块处于临界状态时 求得摩擦因数，即
1．自锁现象 如果作用于物块的全部主动力的 合力FR的作用线在摩擦角 之内， 则无论这个力怎样大，物块必定保持 静止，这种现象称为自锁现象。
在自锁情况下，主动力的合力FR 与法线间的夹角 ，因此，FR 与全被动力 FRA 必能满足二力平衡条件， 且 如图 所示。
摩擦角和自锁现象
一、摩擦角 1．支承面的全约束力 当有摩擦时，支承面对平衡物体的作用力包含支持力FN和切向静摩擦力Ff。
这两个分力的矢量和：FRA = FN + Ff 。 称为支承面的全被动力，它的作用线与接触面的公法线成一偏角 ，如图所示。
4．斜面的自锁条件
一质量为m的物块恰好静止在倾角为θ斜面上。现对物块施加一个竖直向下的恒力F，如图所示。则物块 A．仍处于静止状态 B．沿斜面加速下滑 C．受到的摩擦力不变 D．受到的合外力增大
θ
F
A
2．摩擦角 当物块处于平衡的临界状态时，静摩擦力达到确定的最大值，偏角 也达到最大值 。
全被动力与法线间的夹角的最大值 ，称为摩擦角。 即：摩擦角的正切等于静摩擦因数。 摩擦角与摩擦因数一样，都是表示材料表面性质的量。
二、自锁现象
竖直面上物体自锁示意图
α
α
F2
F1
F1
F4
F3
F2
Ｆ
Ｆx
Ｆ
f
ＦN
Ｆ′
α
θ
水平面木块自锁示意图
物块平衡时，静摩擦力不一定达到最大值，可在零与最大值Fmax之间变化，所以全被动力与法线间的夹角 也在零与摩擦角 之间变化，即 由于静摩擦力不可能超过最大值，因此全被动力的作用线也不可能超出摩擦角之外，即全约束力必在摩擦角之内。
自锁现象力学的简单应用
自锁需满足的条件
• （一）斜面上的自锁： • 如右图，一倾角为a，滑动摩擦因数为u
的斜面上一滑块，受竖直力f作用而始终 保持静止，求u应满足的条件。 • • 由u*(mg+f)cosa≧(mg+f)sina 得：
u≧tana
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 第一季度 第三季度 东部 西部 北部
• （二）竖直面上的自锁：
• 如右图，一滑动摩擦因数为u的竖直 墙面上有一滑块，受与竖直方向夹角 为a的力f作用而始终保持静止，求u应 满足的条件。 由 u*f*cosa≧f*sina+mg 得：
u≧
（f*sina+mg）/ （f*cosa）
当f>>mg时，有：
u≧tana
自锁原理的应用
• 自锁原理在现实生活中有不少应用，先简 单介绍几种： 1.起重机： 如右图，是一种依靠自锁原理工作的起重 装置（a）及其内部结构示意图。 当吊起桶状重物时，重物越重，则Ɵ越大， 两短杆对桶内壁的压力越大，导致杆对桶 向上的摩擦力变大。理论上，只要最终 Ɵ>90°，就能将重物顺利吊起。
• 4.自锁螺母： 自锁原理在现实生活中还有一个很重要 的应用：自锁螺母。自锁螺母不会由于震 动等原因自行松脱，具有防松，抗振等特 点，用于特殊场合。 想要了解更多关于自锁螺母的理论力学模型， 请登陆： /Baike/Baike-72.htm
THE END.
自锁需满足的条件102030405060708090第一季度第三季度东部西部北部如右图一倾角为a滑动摩擦因数为u的斜面上一滑块受竖直力f作用而始终保持静止求u应满足的条而静止，当用某 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，这种 现象叫自锁现象。
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若物体推不动，则
水平方向有：
竖直方向：
方法一：解得
若保持这个式子恒成立，需 故
方法二：解得
若保持这个式子恒成立μ须大于等于 的最大值
故
注意：无论物体受的外力多大，物体始终静止是自锁现象，需要μ和外力F的夹角满足一定的条件
例2：如图所示,质量均为M的A、B两滑块放在粗糙水平面上,滑块与粗糙水平面间的动摩擦因数为 两轻杆等长,且杆长为L,杆与滑块、杆与杆间均用光滑铰链连接,杆与水平面间的夹角为 在两杆铰合处悬挂重物C,整个装置处于静止状态。重力加速度为 最大静摩擦力等于滑动摩擦力，试求:
即满足
如例1例2可以两种方法得 故
故
例3．（1）30°（2） （3）
【解析】（1）因B物体受力平衡，所以水平方向：Fcos30°=Tcosθ
竖直方向：Fsin30°+Tsinθ=Mg
解得：T=Mg，θ=30°
（2）因A物体受力平衡，由平衡条件得：水平方向：
Tcos =μN
竖直方向：N=Mg+Tsin30°
解得：
（3）无论如何改变F的大小和方向，即无论绳子的拉力T多大，也无法拉动物体A
自锁现象
定义：一个物体受静摩擦力作用而静止。当外力试图使这个物体运动时，外力增大（动力增大），但最大静摩擦力也增大。即外力无论多大，物体始终静止的现象。
条件：当μ和外力F的夹角满足一定的条件时，会出现自锁现象。
例1．已知一物块与水平面间动摩擦因数为μ，现对它作用一如图推力F，若F无论多大也推不动物块，则F与水平面夹角α应满足什么条件？
若无论物块C的质量多大,都不能使物块A或B沿地面滑动,则 至少要多大?
例3：如图所示，质量为M的木块A套在水平杆上，并用轻绳将木块与质量也为M的小球B相连.今用跟水平方向成α=30°角的力F=Mg拉小球并带动木块一起向右匀速运动，运动中A、B相对位置保持不变，g取10m/s2.求：
（1）运动过程中轻绳与水平方向夹角θ；
（2）木块与水平杆间的动摩擦因数μ；
（3）若增大θ角，当无论如何改变F的大小和方向再也无法拉动物体A时，θ为多大？
自锁现象答案
例2．
【解析】以A为研究对象，设杆的弹力为F
若无论C的质量多大，即无论F多大，A始终不动
满足
如上例可用方法一得：
若保持这个式子恒成立，需 故
方法二得：
若保持这个式子恒成立μ须大于等于 的最大值