自锁现象及其应用,自锁现象应用要求

('真诚为您提供优质参考资料，若有不当之处，请指正。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。1/4真诚为您提供优质参考资料，若有不当之处，请指正。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2/4真诚为您提供优质参考资料，若有不当之处，请指正。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3/4真诚为您提供优质参考资料，若有不当之处，请指正。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4/4',)